Diversos protocols de prova (Brinell, Rockwell, Vickers) tenen procediments específics per al projecte en prova. La prova Rockwell T és adequada per inspeccionar tubs de paret lleugera tallant el tub longitudinalment i provant la paret des del diàmetre interior en lloc del diàmetre exterior.
Demanar un tub és una mica com anar a un concessionari d'automòbils i demanar un cotxe o un camió. Avui dia, les moltes opcions disponibles permeten als compradors personalitzar el vehicle de diverses maneres: colors interiors i exteriors, paquets de adorns interiors, opcions d'estil exterior, opcions de tren motriu i un sistema d'àudio que gairebé rivalitza amb un sistema d'entreteniment domèstic.
Les canonades d'acer són només això. Té milers d'opcions o especificacions. A més de les dimensions, l'especificació enumera propietats químiques i mecàniques, com ara la resistència a la fluència mínima (MYS), la resistència a la tracció màxima (UTS) i l'allargament mínim abans de fallar. No obstant això, molts en la indústria (enginyers, agents de compra i fabricants) utilitzen només taquigrafies acceptades de la indústria que només requereixen l'ús de canonades i canonades de duresa.
Proveu de demanar un cotxe per una única característica ("Necessito un cotxe amb transmissió automàtica") i no arribareu massa lluny amb un venedor. Ha d'omplir un formulari de comanda amb moltes opcions. La canonada és només això: per obtenir la canonada adequada per a l'aplicació, el fabricant de canonades necessita més informació que només la duresa.
Com es converteix la duresa en un substitut reconegut d'altres propietats mecàniques? Probablement va començar amb un productor de canonades. Com que les proves de duresa són ràpides, fàcils i requereixen equips relativament econòmics, els venedors de tubs solen utilitzar proves de duresa per comparar dos tubs. Per realitzar una prova de duresa, tot el que necessiten és una longitud suau de canonada i un banc d'assaig.
La duresa del tub es correlaciona bé amb l'UTS i, com a regla general, els percentatges o els intervals percentuals són útils per estimar MYS, de manera que és fàcil veure com les proves de duresa poden ser un indicador adequat per a altres propietats.
A més, altres proves són relativament complexes. Tot i que les proves de duresa només triguen un minut més o menys en una sola màquina, les proves MYS, UTS i d'allargament requereixen la preparació de mostres i una inversió important en equips de laboratori grans. Com a comparació, un operador de molí de tubs triga segons a realitzar una prova de duresa i hores perquè un tècnic metal·lúrgic professional realitzi una prova de tracció. No és difícil realitzar una prova de tracció.
Això no vol dir que els fabricants de canonades d'enginyeria no utilitzen proves de duresa. És segur dir que la majoria de la gent ho fa, però com que fan avaluacions de repetibilitat i reproductibilitat en tots els seus equips de prova, són molt conscients de les limitacions de la prova. La majoria utilitzen l'avaluació de la duresa del tub com a part del procés de producció, però no l'utilitzen per quantificar les propietats dels tubs.
Per què cal saber sobre MYS, UTS i allargament mínim? Indiquen com es comportarà el tub en el muntatge.
MYS és la força mínima que provoca la deformació permanent del material. Si intenteu doblegar lleugerament un filferro recte (com un penjador) i alliberar la pressió, passarà una de dues coses: tornarà al seu estat original (recte) o romandrà doblegat. Si encara està recte, no heu superat el MYS. Si encara us heu doblegat.
Ara, utilitzeu unes pinces per subjectar els dos extrems del cable. Si podeu trencar el cable en dos trossos, esteu per sobre de la seva UTS. Hi poseu molta tensió i teniu dos cables per mostrar el vostre esforç sobrehumà. Si la longitud original del cable és de 5 polzades, i les dues longituds després de la fallada sumen 6 polzades, el cable s'estira en una mesura de 21% o 20 cm. el punt de fracàs, però sigui el que sigui: el concepte de filferro il·lustra l'UTS.
Les mostres de microfotografia d'acer s'han de tallar, polir i gravar amb una solució lleugerament àcida (generalment àcid nítric i alcohol (nitroetanol)) per fer visibles els grans. L'augment de 100x s'utilitza habitualment per inspeccionar els grans d'acer i determinar la mida del gra.
La duresa és una prova de com respon un material a l'impacte. Imagineu-vos posar un tros curt de canonada en un torn de mordassa amb mordasses dentades i girar-lo per tancar-lo. A més d'aplanar el tub, les mordasses de la mordassa també deixen sagnats a la superfície del tub.
Així és com funciona la prova de duresa, però no és tan dura. Aquesta prova té una mida d'impacte controlada i una pressió controlada. Aquestes forces deformen la superfície, creant una sagnat o sagnat. La mida o profunditat de la sagnia determina la duresa del metall.
Per avaluar l'acer, les proves de duresa habituals són Brinell, Vickers i Rockwell. Cadascun té la seva pròpia escala, i alguns tenen diversos mètodes de prova, com ara Rockwell A, B i C. Per a canonades d'acer, l'especificació ASTM A513 fa referència a la prova Rockwell B (abreujada com a HRB o RB). 100 kgf. Un resultat típic per a l'acer dolç estàndard és HRB 60.
Els científics de materials saben que la duresa està relacionada linealment amb l'UTS. Per tant, una duresa determinada pot predir l'UTS. De la mateixa manera, els fabricants de tubs saben que MYS i UTS estan relacionats. ch (PSI) i un MYS del 80%, o 48.000 PSI.
L'especificació de canonada més comuna en la fabricació general és la duresa màxima. A més de la mida, l'enginyer es va preocupar d'especificar una canonada soldada per resistència elèctrica (ERW) dins d'un bon rang de treball, que podria donar lloc a una duresa màxima de possiblement HRB 60 que trobés el seu camí al dibuix dels components. Només aquesta decisió condueix a una sèrie de propietats mecàniques de duresa finals.
Primer, la duresa de HRB 60 no ens diu gaire. La lectura HRB 60 és un nombre adimensional. El material avaluat amb HRB 59 és més tou que el material provat amb HRB 60, i HRB 61 és més dur que HRB 60, però en quant? ), o UTS (mesurat en lliures per polzada quadrada). La lectura de HRB 60 no ens diu res en concret. Aquesta és una propietat del material, però no una propietat física. En segon lloc, les proves de duresa no són adequades per a la repetibilitat o la reproductibilitat. Avaluar dues ubicacions en una mostra de prova, fins i tot si les ubicacions de prova estan a prop l'una de l'altra. s'ha mesurat, no es pot mesurar una segona vegada per verificar els resultats. No és possible la repetibilitat de la prova.
Això no vol dir que les proves de duresa siguin inconvenients. De fet, proporciona una bona guia per a l'UTS d'un material i és una prova ràpida i fàcil de realitzar. No obstant això, tots els implicats en l'especificació, la compra i la fabricació de tubs haurien de ser conscients de les seves limitacions com a paràmetre de prova.
Com que la canonada "normal" no està ben definida, quan és necessari, els fabricants de canonades sovint la redueixen als dos tipus de tubs i canonades d'acer més utilitzats definits a ASTM A513: 1008 i 1010. Fins i tot després d'eliminar tots els altres tipus de tubs, les possibilitats en termes de propietats mecàniques d'aquests dos tipus de tubs estan molt obertes. De fet, aquests tipus de tubs tenen la gamma més àmplia de propietats mecàniques.
Per exemple, un tub es descriu com a tou si el MYS és baix i l'allargament és alt, el que significa que té un millor rendiment en tracció, deflexió i fixació que un tub descrit com a dur, que té un MYS relativament alt i una elongació relativament baixa. Això és similar a la diferència entre el cable tou i el dur, com ara penjadors i trepants.
L'allargament en si és un altre factor que té un impacte significatiu en les aplicacions crítiques de canonades. Els tubs amb gran allargament poden suportar forces de tracció;els materials amb baix allargament són més trencadissos i, per tant, més propensos a fallades catastròfiques de tipus fatiga. No obstant això, l'allargament no està directament relacionat amb UTS, que és l'única propietat mecànica directament relacionada amb la duresa.
Per què les propietats mecàniques dels tubs varien tant? En primer lloc, la composició química és diferent. L'acer és una solució sòlida de ferro i carboni i altres aliatges importants. Per simplificar, només tractarem els percentatges de carboni aquí. Els àtoms de carboni substitueixen alguns dels àtoms de ferro, formant l'estructura cristal·lina de l'acer. nombre especial que produeix propietats úniques quan el contingut de carboni de l'acer és molt baix. L'ASTM 1010 especifica un contingut de carboni entre el 0,08% i el 0,13%. Aquestes diferències no semblen grans, però són prou grans com per marcar una gran diferència en altres llocs.
En segon lloc, la canonada d'acer es pot fabricar o fabricar i, posteriorment, processar-se en set processos de fabricació diferents. L'ASTM A513 relacionat amb la producció de canonades ERW enumera set tipus:
Si la composició química de l'acer i els passos de fabricació del tub no tenen cap efecte sobre la duresa de l'acer, què és? Respondre aquesta pregunta vol dir examinar els detalls. Aquesta pregunta planteja dues preguntes més: quins detalls i fins a quin punt?
Els detalls sobre els grans que componen l'acer són la primera resposta. Quan l'acer es fa en una fàbrica d'acer primària, no es refreda en un bloc enorme amb una única característica. A mesura que l'acer es refreda, les molècules de l'acer s'organitzen en patrons repetits (cristalls), de manera similar a com es formen els flocs de neu. Després de formar els cristalls, s'agreguen i s'agreguen en els grups de plaques. els grans deixen de créixer a mesura que les últimes molècules d'acer són absorbides pels grans. Tot això passa a nivell microscòpic perquè el gra d'acer de mida mitjana és d'uns 64 µ o 0,0025 polzades d'ample. Tot i que cada gra és similar al següent, no són iguals. Varien lleugerament en mida, orientació i contingut de carboni. límits de gra.
Fins a quin punt cal mirar per veure grans discernibles? Un augment de 100x, o una visió humana de 100x, és suficient. No obstant això, només mirar l'acer sense tractar a 100 vegades la potència no revela gaire. La mostra es prepara polint la mostra i gravant la superfície amb un àcid (normalment àcid nítric i alcohol) anomenat nitroetanol.
Són els grans i la seva gelosia interna els que determinen la resistència a l'impacte, MYS, UTS i l'allargament que pot suportar un acer abans de la fallada.
Els passos de fabricació d'acer, com ara el laminat en calent i en fred de la cinta, apliquen tensió a l'estructura del gra;si canvien de forma permanentment, això significa que la tensió deforma el gra. Altres passos de processament, com ara enrotllar l'acer en bobines, desenrotllar-lo i deformar els grans d'acer a través d'un molí de tubs (per formar i dimensionar el tub).
Els passos anteriors esgoten la ductilitat de l'acer, que és la seva capacitat de suportar l'estrès de tracció (estirada oberta). L'acer es torna trencadís, la qual cosa significa que és més probable que es trenqui si continues treballant-hi. L'allargament és un component de la ductilitat (la compressibilitat és un altre). però, l'acer es deforma fàcilment sota esforç de compressió, és dúctil, la qual cosa és un avantatge.
El formigó té una alta resistència a la compressió però baixa ductilitat en comparació amb el formigó. Aquestes propietats són oposades a les de l'acer. És per això que el formigó utilitzat per a carreteres, edificis i voreres sovint està equipat amb barres d'armadura. El resultat és un producte amb les forces de dos materials: sota tensió, l'acer és fort, i sota pressió, formigó.
Durant el treball en fred, a mesura que disminueix la ductilitat de l'acer, augmenta la seva duresa. És a dir, s'endureix. Depenent de la situació, això pot ser un benefici;no obstant això, pot ser un desavantatge, ja que la duresa s'equipara a la fragilitat. És a dir, a mesura que l'acer es torna més dur, es torna menys elàstic;per tant, és més probable que falli.
En altres paraules, cada pas del procés consumeix part de la ductilitat de la canonada. Es fa més difícil a mesura que la peça funciona, i si és massa dura, bàsicament és inútil. La duresa és fragilitat i és probable que un tub trencadís falli quan s'utilitza.
El fabricant té alguna opció en aquest cas? En resum, sí. Aquesta opció és el recuit i, tot i que no és del tot màgica, és el més propera a la màgia.
En termes generals, el recuit elimina tots els efectes de l'estrès físic sobre el metall. Aquest procés escalfa el metall a una temperatura d'alleujament o recristal·lització, eliminant així les dislocacions. Depenent de la temperatura i el temps específics utilitzats en el procés de recuit, el procés restaura part o tota la seva ductilitat.
El recuit i el refredament controlat afavoreixen el creixement del gra. Això és beneficiós si l'objectiu és reduir la fragilitat del material, però el creixement incontrolat del gra pot suavitzar massa el metall, fent-lo inutilitzable per a l'ús previst. Aturar el procés de recuit és una altra cosa gairebé màgica.
Hem d'abandonar l'especificació de duresa? No. Les característiques de duresa són valuoses principalment com a punt de referència a l'hora d'especificar tubs d'acer. Una mesura útil, la duresa és una de les diverses característiques que s'han d'especificar en demanar material tubular i verificar-se en rebre (i s'han de registrar amb cada enviament).
Tanmateix, no és una prova real per qualificar (acceptar o rebutjar) material. A més de la duresa, els fabricants haurien de provar ocasionalment els enviaments per determinar altres propietats rellevants, com ara MYS, UTS o l'allargament mínim, depenent de l'aplicació del tub.
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 es va convertir en la primera revista dedicada a servir la indústria de les canonades metàl·liques l'any 1990. Avui dia, segueix sent l'única publicació d'Amèrica del Nord dedicada a la indústria i s'ha convertit en la font d'informació més fiable per als professionals de les canonades.
Ara amb accés complet a l'edició digital de The FABRICATOR, accés fàcil a recursos valuosos de la indústria.
L'edició digital de The Tube & Pipe Journal és ara totalment accessible i ofereix un fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.
Gaudeix d'accés complet a l'edició digital de STAMPING Journal, que ofereix els últims avenços tecnològics, bones pràctiques i notícies del sector per al mercat de l'estampació de metalls.
Gaudeix d'accés complet a l'edició digital de The Additive Report per saber com es pot utilitzar la fabricació additiva per millorar l'eficiència operativa i augmentar els beneficis.
Ara amb accés complet a l'edició digital de The Fabricator en Español, fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.