Розныя пратаколы выпрабаванняў (Брынэля, Роквела, Вікерса) маюць працэдуры, спецыфічныя для праекта, які тэстуецца. Т-тэст Роквела падыходзіць для праверкі тонкасценных труб шляхам разразання трубы ўздоўж і выпрабавання сценкі па ўнутраным дыяметры, а не па вонкавым дыяметры.
Заказ трубы трохі падобны на паход у аўтасалон і заказ легкавога аўтамабіля або грузавіка. Сёння мноства даступных варыянтаў дазваляюць пакупнікам наладзіць транспартны сродак рознымі спосабамі — колеры інтэр'еру і экстэр'ера, пакеты аздаблення салона, варыянты стылю экстэр'ера, выбар сілавога агрэгата і аўдыёсістэма, якая амаль канкуруе з хатняй забаўляльнай сістэмай. Улічваючы ўсе гэтыя варыянты, вы можаце быць не задаволены стандартным аўтамабілем без дадатковых функцый.
Сталёвыя трубы — гэта менавіта тое, што трэба. Іх можна набыць у тысячах варыянтаў або спецыфікацый. Акрамя памераў, у спецыфікацыі пералічаны хімічныя і некалькі механічных уласцівасцей, такія як мінімальная мяжа цякучасці (MYS), мяжа трываласці на расцяжэнне (UTS) і мінімальнае падаўжэнне да разбурэння. Аднак многія ў галіны — інжынеры, агенты па закупках і вытворцы — выкарыстоўваюць прынятыя ў галіны скарачэнні, якія патрабуюць выкарыстання «звычайных» зварных труб і ўказваюць толькі адну характарыстыку: цвёрдасць.
Паспрабуйце заказаць аўтамабіль па адной характарыстыке («Мне патрэбен аўтамабіль з аўтаматычнай каробкай перадач»), і вы не далёка заедзеце з прадаўцом. Яму трэба запоўніць форму замовы з мноствам варыянтаў. Труба — гэта менавіта тое, што трэба: каб атрымаць патрэбную трубу для канкрэтнага прымянення, вытворцу труб патрэбна больш інфармацыі, чым проста цвёрдасць.
Як цвёрдасць стала прызнанай заменай іншым механічным уласцівасцям? Верагодна, усё пачалося з вытворцы труб. Паколькі вымярэнне цвёрдасці хуткае, простае і патрабуе адносна недарагога абсталявання, прадаўцы труб часта выкарыстоўваюць вымярэнне цвёрдасці для параўнання дзвюх труб. Для правядзення вымярэння цвёрдасці ім патрэбны толькі гладкі адрэзак трубы і выпрабавальны стэнд.
Цвёрдасць трубкі добра карэлюе з UTS, і, як правіла, працэнты або дыяпазоны працэнтаў карысныя для ацэнкі MYS, таму лёгка зразумець, як вымярэнне цвёрдасці можа быць прыдатным паказчыкам для іншых уласцівасцей.
Акрамя таго, іншыя выпрабаванні адносна складаныя. У той час як вымярэнне цвёрдасці займае ўсяго хвіліну ці каля таго на адной машыне, выпрабаванні на MYS, UTS і падаўжэнне патрабуюць падрыхтоўкі ўзораў і значных інвестыцый у буйное лабараторнае абсталяванне. Для параўнання, аператару трубаправода патрэбныя секунды для правядзення выпрабавання на цвёрдасць, а прафесійнаму металургу — гадзіны для правядзення выпрабавання на расцяжэнне. Праверка цвёрдасці нескладаная.
Гэта не значыць, што вытворцы інжынерных труб не выкарыстоўваюць вымярэнне цвёрдасці. Можна з упэўненасцю сказаць, што большасць людзей гэта робіць, але, паколькі яны праводзяць ацэнку паўтаральнасці і ўзнаўляльнасці вымярэнняў на ўсім сваім выпрабавальным абсталяванні, яны добра ведаюць пра абмежаванні гэтага выпрабавання. Большасць выкарыстоўвае ацэнку цвёрдасці труб як частку вытворчага працэсу, але яны не выкарыстоўваюць яе для колькаснай ацэнкі ўласцівасцей труб. Гэта проста выпрабаванне на праходжанне/непраходжанне.
Навошта вам трэба ведаць пра MYS, UTS і мінімальнае падаўжэнне? Яны паказваюць, як труба будзе паводзіць сябе пры зборцы.
MYS — гэта мінімальная сіла, якая выклікае незваротную дэфармацыю матэрыялу. Калі вы паспрабуеце злёгку сагнуць прамы дрот (напрыклад, вешалку для адзення) і аслабіць ціск, адбудзецца адно з двух: ён вернецца ў свой першапачатковы стан (выпрастаецца), альбо застанецца сагнутым. Калі ён усё яшчэ прамы, вы яшчэ не пераадолелі MYS. Калі ён усё яшчэ сагнуты, вы перавысілі патрэбную вагу.
Цяпер абцугамі зацісніце абодва канцы дроту. Калі вы можаце разарваць дрот на дзве часткі, вы перавысілі яго нечалавечае падаўжэнне. Вы прыклалі да яго вялікае нацяжэнне, і ў вас ёсць два дроты, каб прадэманстраваць свае звышчалавечыя намаганні. Калі пачатковая даўжыня дроту складае 5 цаляў, а дзве даўжыні пасля разрыву складаюць 6 цаляў, дрот расцягваецца на 1 цалю, або на 20%. Фактычнае выпрабаванне на падаўжэнне вымяраецца ў межах 2 цаляў ад кропкі разрыву, але што ж — канцэпцыя нацяжнога дроту ілюструе нечалавечае падаўжэнне.
Узоры сталі, атрыманыя на мікрафатаграфіях, неабходна разрэзаць, адпаліраваць і пратравіць з дапамогай слабакіслага раствора (звычайна азотнай кіслаты і спірту (нітраэтанолу)), каб зрабіць зярняткі бачнымі. Для агляду сталёвых зярнят і вызначэння іх памеру звычайна выкарыстоўваецца 100-кратнае павелічэнне.
Цвёрдасць — гэта выпрабаванне таго, як матэрыял рэагуе на ўдар. Уявіце, што вы кладзеце кароткі кавалак трубы ў ціскі з зубчастымі сківіцамі і паварочваеце ціскі, каб зачыніць іх. Акрамя таго, што сківіцы ціскоў расплюшчваюць трубу, яны таксама пакідаюць паглыбленні на паверхні трубы.
Вось як працуе выпрабаванне на цвёрдасць, але яно не такое ўжо і грубае. Пры гэтым выпрабаванні кантралюецца памер удару і кантралюецца ціск. Гэтыя сілы дэфармуюць паверхню, ствараючы ўвагнутасць або паглыбленне. Памер або глыбіня ўвагнутасці вызначае цвёрдасць металу.
Для ацэнкі цвёрдасці сталі распаўсюджанымі метадамі выпрабаванняў на цвёрдасць з'яўляюцца Брынель, Вікерс і Роквел. Кожны з іх мае сваю ўласную шкалу, а некаторыя маюць некалькі метадаў выпрабаванняў, напрыклад, Роквел A, B і C. Для сталёвых труб спецыфікацыя ASTM A513 спасылаецца на тэст Роквелла B (скарочана HRB або RB). Тэст Роквелла B вымярае розніцу ў пранікненні ў сталь сталёвага шарыка дыяметрам 1⁄16 цалі паміж невялікай папярэдняй нагрузкай і першаснай нагрузкай 100 кгс. Тыповы вынік для стандартнай нізкавугляроднай сталі - HRB 60.
Навукоўцы-матэрыялолагі ведаюць, што цвёрдасць лінейна звязана з UTS. Такім чынам, дадзеная цвёрдасць можа прадказаць UTS. Аналагічна, вытворцы труб ведаюць, што MYS і UTS звязаны. Для зварных труб MYS звычайна складае ад 70% да 85% ад UTS. Дакладная велічыня залежыць ад працэсу вырабу трубы. Цвёрдасць HRB 60 карэлюе з UTS 60 000 фунтаў на квадратны цаля (PSI) і MYS 80%, або 48 000 PSI.
Найбольш распаўсюджанай спецыфікацыяй труб у агульнай вытворчасці з'яўляецца максімальная цвёрдасць. Акрамя памеру, інжынера цікавіла спецыфікацыя зваранай электрычным кантактным зварваннем (ERW) трубы ў межах добрага працоўнага дыяпазону, што магло б прывесці да максімальнай цвёрдасці, магчыма, HRB 60, якая знайшла б сваё месца на чарцяжы кампанента. Гэтае рашэнне само па сабе прыводзіць да шэрагу канчатковых механічных уласцівасцей, у тым ліку да самой цвёрдасці.
Па-першае, цвёрдасць HRB 60 мала што нам кажа. Паказанні HRB 60 — гэта бязмерны лік. Матэрыял, ацэнены з дапамогай HRB 59, мякчэйшы за матэрыял, пратэставаны з дапамогай HRB 60, а HRB 61 цвярдзейшы за HRB 60, але наколькі? Яго нельга колькасна вызначыць, як аб'ём (вымяраецца ў дэцыбелах), крутоўны момант (вымяраецца ў фунт-футах), хуткасць (вымяраецца ў адлегласці адносна часу) або UTS (вымяраецца ў фунтах на квадратны цаля). Паказанні HRB 60 не кажуць нам нічога канкрэтнага. Гэта ўласцівасць матэрыялу, але не фізічная ўласцівасць. Па-другое, вымярэнне цвёрдасці не падыходзіць для паўтаральнасці або ўзнаўляльнасці. Ацэнка двух месцаў на выпрабавальным узоры, нават калі выпрабавальныя месцы знаходзяцца блізка адно да аднаго, часта прыводзіць да вялікай рознасці паказанняў цвёрдасці. Гэтую праблему пагаршае характар ​​выпрабавання. Пасля вымярэння становішча яго нельга вымераць другі раз для праверкі вынікаў. Паўтаральнасць выпрабавання немагчымая.
Гэта не азначае, што вымярэнне цвёрдасці нязручнае. Насамрэч, яно дае добры арыенцір для вымярэння цвёрдасці матэрыялу, і гэта хуткі і просты ў выкананні тэст. Аднак кожны, хто ўдзельнічае ў вызначэнні, куплі і вытворчасці труб, павінен ведаць пра яго абмежаванні як параметра выпрабавання.
Паколькі «звычайная» труба не мае дакладнага вызначэння, пры неабходнасці вытворцы труб часта звужаюць яе да двух найбольш распаўсюджаных тыпаў сталёвых труб і труб, вызначаных у ASTM A513: 1008 і 1010. Нават пасля выключэння ўсіх іншых тыпаў труб магчымасці з пункту гледжання механічных уласцівасцей гэтых двух тыпаў труб шырока адкрыты. Фактычна, гэтыя тыпы труб маюць найшырэйшы дыяпазон механічных уласцівасцей сярод усіх тыпаў.
Напрыклад, труба апісваецца як мяккая, калі MYS нізкі, а падаўжэнне высокае, што азначае, што яна лепш паказвае расцяжэнне, прагін і дэфармацыю, чым труба, якая апісваецца як цвёрдая, якая мае адносна высокі MYS і адносна нізкае падаўжэнне. Гэта падобна на розніцу паміж мяккім і цвёрдым дротам, такім як вешалкі для адзення і дрылі.
Падаўжэнне само па сабе — яшчэ адзін фактар, які аказвае значны ўплыў на крытычныя прымянення труб. Трубы з высокім падаўжэннем могуць вытрымліваць расцяжныя сілы; матэрыялы з нізкім падаўжэннем больш далікатныя і таму больш схільныя да катастрафічных разбурэнняў тыпу стомленасці. Аднак падаўжэнне не мае непасрэднага дачынення да UTS, якая з'яўляецца адзінай механічнай уласцівасцю, непасрэдна звязанай з цвёрдасцю.
Чаму механічныя ўласцівасці труб так моцна адрозніваюцца? Па-першае, хімічны склад адрозніваецца. Сталь — гэта цвёрды раствор жалеза, вугляроду і іншых важных сплаваў. Для прастаты мы будзем разглядаць тут толькі працэнты вугляроду. Атамы вугляроду замяняюць некаторыя атамы жалеза, утвараючы крышталічную структуру сталі. ASTM 1008 — гэта ўніверсальны першасны клас сталі з утрыманнем вугляроду ад 0% да 0,10%. Нуль — гэта вельмі асаблівы лік, які забяспечвае унікальныя ўласцівасці, калі ўтрыманне вугляроду ў сталі надзвычай нізкае. ASTM 1010 вызначае ўтрыманне вугляроду ад 0,08% да 0,13%. Гэтыя адрозненні не здаюцца велізарнымі, але яны дастаткова вялікія, каб мець вялікае значэнне ў іншых месцах.
Па-другое, сталёвая труба можа быць выраблена або выраблена і пасля апрацавана ў сямі розных вытворчых працэсах. ASTM A513, які адносіцца да вытворчасці труб ERW, пералічвае сем тыпаў:
Калі хімічны склад сталі і этапы вытворчасці труб не ўплываюць на цвёрдасць сталі, то што тады ўплывае? Адказ на гэтае пытанне азначае ўважлівае вывучэнне дэталяў. Гэтае пытанне выклікае яшчэ два пытанні: якія дэталі і наколькі дакладна?
Падрабязнасці пра зерні, з якіх складаецца сталь, — гэта першы адказ. Калі сталь вырабляецца на сталеліцейным заводзе, яна не астывае ў велізарны блок з адной асаблівасцю. Па меры астывання сталі малекулы сталі арганізуюцца ў паўтаральныя ўзоры (крышталі), падобна таму, як утвараюцца сняжынкі. Пасля ўтварэння крышталяў яны аб'ядноўваюцца ў групы, якія называюцца зернямі. Па меры астуджэння зерні растуць і ўтвараюцца па ўсім лісце або пласціне. Зерні спыняюць рост, бо апошнія малекулы сталі паглынаюцца зернямі. Усё гэта адбываецца на мікраскапічным узроўні, таму што сярэдні памер зерня сталі складае каля 64 мкм або 0,0025 цалі ў шырыню. Хоць кожнае зерне падобнае да наступнага, яны не аднолькавыя. Яны нязначна адрозніваюцца па памеры, арыентацыі і ўтрыманні вугляроду. Памежная мяжа паміж зернямі называецца мяжой зерняў. Калі сталь разбураецца, напрыклад, з-за расколін ад стомленасці, яна мае тэндэнцыю разбурацца ўздоўж межаў зерняў.
Як далёка трэба глядзець, каб убачыць разборлівыя зярняткі? Дастаткова 100-кратнага павелічэння або 100-кратнага чалавечага зроку. Аднак проста разглядаць неапрацаваную сталь пры 100-кратным павелічэнні мала што паказвае. Узор падрыхтоўваюць шляхам паліроўкі ўзору і травлення паверхні кіслатой (звычайна азотнай кіслатой і спіртам), якая называецца нітраэтанолавым травільным агентам.
Менавіта зярняты і іх унутраная рашотка вызначаюць ударную вязкасць, трываласць на цякучасць (MYS), трываласць на цякучасць (UTS) і адноснае падаўжэнне, якія сталь можа вытрымаць да разбурэння.
Этапы вытворчасці сталі, такія як гарачая і халодная пракатка паласы, ствараюць напружанне ў структуры зярнят; калі яны пастаянна мяняюць форму, гэта азначае, што напружанне дэфармуе зярняткі. Іншыя этапы апрацоўкі, такія як змотванне сталі ў рулоны, размотванне і дэфармацыя сталёвых зярнят праз трубчасты стан (для фарміравання і задання памеру трубы). Халоднае валачэнне трубы на апраўцы таксама аказвае ціск на матэрыял, як і такія этапы вытворчасці, як фарміраванне тарцоў і выгіб. Змены ў структуры зярняткаў называюцца дыслакацыямі.
Вышэйзгаданыя крокі зніжаюць пластычнасць сталі, гэта значыць яе здольнасць супрацьстаяць расцяжэнню (размыканню). Сталь становіцца далікатнай, што азначае, што яна, хутчэй за ўсё, зламаецца, калі вы будзеце працягваць з ёй працаваць. Падаўжэнне — адзін з кампанентаў пластычнасці (сціскальнасць — іншы). Важна разумець, што разбурэнне часцей за ўсё адбываецца падчас расцяжэння, а не сціскання. Сталь вельмі ўстойлівая да расцяжэння з-за сваёй адносна высокай здольнасці да падаўжэння. Аднак сталь лёгка дэфармуецца пад уздзеяннем сціскальнага напружання — яна пластычная, што з'яўляецца перавагай.
Бетон мае высокую трываласць на сціск, але нізкую пластычнасць у параўнанні з бетонам. Гэтыя ўласцівасці супрацьлеглыя ўласцівасцям сталі. Вось чаму бетон, які выкарыстоўваецца для дарог, будынкаў і тратуараў, часта абсталёўваецца арматурай. У выніку атрымліваецца прадукт, які валодае трываласцю двух матэрыялаў: пад расцяжэннем сталь трывалая, а пад ціскам — бетон.
Падчас халоднай апрацоўкі, па меры зніжэння пластычнасці сталі, яе цвёрдасць павялічваецца. Іншымі словамі, яна будзе цвярдзець. У залежнасці ад сітуацыі гэта можа быць перавагай; аднак гэта можа быць недахопам, бо цвёрдасць атаясамліваецца з далікатнасцю. Гэта значыць, калі сталь становіцца больш цвёрдай, яна становіцца менш эластычнай; таму яна больш схільная да разбурэння.
Іншымі словамі, кожны этап працэсу спажывае частку пластычнасці трубы. Па меры апрацоўкі дэталь становіцца больш цвёрдай, і калі яна занадта цвёрдая, то яна практычна бескарысная. Цвёрдасць — гэта далікатнасць, і далікатная труба, хутчэй за ўсё, разбурыцца пры выкарыстанні.
Ці ёсць у вытворцы якія-небудзь варыянты ў гэтым выпадку? Карацей кажучы, так. Гэтым варыянтам з'яўляецца адпал, і хоць ён не зусім чароўны, ён максімальна блізкі да магіі.
Простымі словамі, адпал ліквідуе ўсе наступствы фізічнага напружання на метал. Гэты працэс награвае метал да тэмпературы зняцця напружання або перакрышталізацыі, тым самым ліквідуючы дыслакацыі. У залежнасці ад канкрэтнай тэмпературы і часу, якія выкарыстоўваюцца ў працэсе адпалу, працэс аднаўляе частку або ўсю яго пластычнасць.
Адпал і кантраляванае астуджэнне спрыяюць росту зерняў. Гэта карысна, калі мэтай з'яўляецца зніжэнне далікатнасці матэрыялу, але некантраляваны рост зерняў можа занадта размякчыць метал, зрабіўшы яго непрыдатным для выкарыстання па прызначэнні. Спыненне працэсу адпалу - яшчэ адна амаль чароўная рэч. Загартоўка пры патрэбнай тэмпературы з патрэбным загартоўвальным агентам у патрэбны час хутка спыняе працэс, каб сталь набыла ўласцівасці аднаўлення.
Ці варта адмовіцца ад спецыфікацыі цвёрдасці? Не. Характарыстыкі цвёрдасці каштоўныя ў першую чаргу як арыенцір пры вызначэнні сталёвых труб. Цвёрдасць — карысная мера, якая з'яўляецца адной з некалькіх характарыстык, якія павінны быць указаны пры замове трубчастага матэрыялу і правераны пры атрыманні (і павінны быць запісаны пры кожнай адгрузцы). Калі кантроль цвёрдасці з'яўляецца стандартам кантролю, ён павінен мець адпаведныя значэнні шкалы і дыяпазоны кантролю.
Аднак гэта не сапраўдны тэст для кваліфікацыі (прыняцця або адхілення) матэрыялу. Акрамя цвёрдасці, вытворцы павінны перыядычна правяраць пастаўкі, каб вызначыць іншыя адпаведныя ўласцівасці, такія як MYS, UTS або мінімальнае падаўжэнне, у залежнасці ад прымянення трубы.
Wynn H. Kearns is responsible for regional sales for Indiana Tube Corp., 2100 Lexington Road, Evansville, IN 47720, 812-424-9028, wkearns@indianatube.com, www.indianatube.com.
«Tube & Pipe Journal» стаў першым часопісам, прысвечаным абслугоўванню металічнай трубнай прамысловасці, у 1990 годзе. Сёння ён застаецца адзіным выданнем у Паўночнай Амерыцы, прысвечаным гэтай галіне, і стаў найбольш надзейнай крыніцай інфармацыі для спецыялістаў па трубах.
Цяпер з поўным доступам да лічбавага выдання The FABRICATOR, лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.
Лічбавае выданне часопіса «The Tube & Pipe Journal» цяпер цалкам даступнае, што забяспечвае лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.
Атрымайце поўны доступ да лічбавага выдання часопіса STAMPING, які змяшчае найноўшыя тэхналагічныя дасягненні, перадавы вопыт і галіновыя навіны для рынку штампоўкі металу.
Атрымайце поўны доступ да лічбавага выдання The Additive Report, каб даведацца, як адытыўная вытворчасць можа быць выкарыстана для павышэння аперацыйнай эфектыўнасці і павелічэння прыбытку.
Цяпер з поўным доступам да лічбавага выдання The Fabricator en Español, лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.