Různé testovací protokoly (Brinell, Rockwell, Vickers) mají postupy specifické pro testovaný projekt. Rockwell T test je vhodný pro kontrolu světlostěnných trubek podélným rozříznutím trubky a testováním stěny z vnitřního průměru spíše než z vnějšího průměru.
Objednávka hadic je trochu jako jít do autobazaru a objednat si auto nebo nákladní auto. Dnes mnoho dostupných možností umožňuje kupujícím přizpůsobit si vůz různými způsoby – barvy interiéru a exteriéru, balíčky vnitřního obložení, možnosti vnějšího stylu, výběr pohonných jednotek a audio systém, který téměř konkuruje systému domácí zábavy. Vzhledem ke všem těmto možnostem nemusíte být spokojeni se standardním vozem, který není nijak okázalý.
Ocelové trubky jsou přesně takové. Má tisíce možností nebo specifikací. Kromě rozměrů specifikace uvádí chemické a několik mechanických vlastností, jako je minimální mez kluzu (MYS), mez pevnosti v tahu (UTS) a minimální prodloužení před selháním. Mnozí v tomto odvětví – inženýři, nákupčí a výrobci – však používají uznávané průmyslové zkratky, které vyžadují použití „normální“ svařované trubky a specifikují pouze jednu charakteristiku.
Zkuste si objednat auto podle jediné charakteristiky („Potřebuji auto s automatickou převodovkou“) a s prodejcem se daleko nedostanete. Musí vyplnit objednávkový formulář s mnoha možnostmi. Trubka je právě taková – aby získal správnou trubku pro danou aplikaci, potřebuje výrobce trubek více informací než jen tvrdost.
Jak se tvrdost stává uznávanou náhradou jiných mechanických vlastností? Pravděpodobně to začalo u výrobce trubek. Protože testování tvrdosti je rychlé, snadné a vyžaduje relativně levné vybavení, prodejci trubek často používají testování tvrdosti k porovnání dvou trubek. K provedení zkoušky tvrdosti jim stačí hladká délka trubky a zkušební stojan.
Tvrdost trubky dobře koreluje s UTS a jako orientační pravidlo jsou procenta nebo procentuální rozsahy užitečné při odhadu MYS, takže je snadné vidět, jak může být testování tvrdosti vhodnou náhradou pro jiné vlastnosti.
Také další testy jsou poměrně složité. Zatímco testování tvrdosti trvá na jediném stroji jen minutu nebo tak něco, testování MYS, UTS a prodloužení vyžaduje přípravu vzorku a značné investice do velkého laboratorního vybavení. Pro srovnání: Operátorovi válcovny trub trvá několik sekund, než provede zkoušku tvrdosti, a hodiny, než profesionální metalurgický technik provede zkoušku tahem. Provést kontrolu tvrdosti není obtížné.
To neznamená, že výrobci trubek nepoužívají testování tvrdosti. Dá se s jistotou říci, že to dělá většina lidí, ale protože provádějí měření opakovatelnosti a reprodukovatelnosti na všech svých testovacích zařízeních, jsou si dobře vědomi omezení testu. Většina z nich používá hodnocení tvrdosti trubek jako součást výrobního procesu, ale nepoužívají ho ke kvantifikaci vlastností trubek. Toto je pouze test vyhovuje/nevyhovuje.
Proč potřebujete vědět o MYS, UTS a minimálním prodloužení? Ukazují, jak se trubka bude chovat při montáži.
MYS je minimální síla, která způsobí trvalou deformaci materiálu. Pokud se pokusíte rovný drát (jako ramínko) mírně ohnout a tlak uvolnit, stane se jedna ze dvou věcí: vyskočí zpět do původního stavu (rovný) nebo zůstane ohnutý. Pokud je stále rovný, nedostali jste se přes MYS. Pokud je stále ohnutý, přestřelili jste to.
Nyní pomocí kleští sevřete oba konce drátu. Pokud dokážete drát roztrhnout na dva kusy, jste nad jeho UTS. Hodně na něj napnete a máte dva dráty, abyste ukázali své nadlidské úsilí. Pokud je původní délka drátu 5 palců a dvě délky po selhání se dají dohromady 6 palců, drát se natáhne o 1 palec, 2 palce od měřeného bodu selhání nebo 2 body. koncept tahového drátu ilustruje UTS.
Vzorky ocelových fotomikrografů je třeba řezat, leštit a leptat mírně kyselým roztokem (obvykle kyselinou dusičnou a alkoholem (nitroethanolem)), aby byla zrna viditelná. Ke kontrole zrn oceli a určení velikosti zrn se běžně používá zvětšení 100x.
Tvrdost je test, jak materiál reaguje na náraz. Představte si, že vložíte krátký kus trubky do svěráku s vroubkovanými čelistmi a otočením svěráku zavíráte. Kromě zploštění trubky zanechávají čelisti svěráku také prohlubně na povrchu trubky.
Tak funguje test tvrdosti, ale není tak drsný. Tento test má kontrolovanou velikost nárazu a kontrolovaný tlak. Tyto síly deformují povrch a vytvářejí prohlubeň nebo prohlubeň. Velikost nebo hloubka prohlubně určuje tvrdost kovu.
Pro hodnocení oceli jsou běžné testy tvrdosti podle Brinella, Vickerse a Rockwella. Každý má svou vlastní stupnici a některé mají více testovacích metod, jako je Rockwell A, B a C. Specifikace ASTM A513 pro ocelové trubky odkazuje na test Rockwell B (zkráceně HRB nebo RB). Test Rockwell B měří rozdíl v pronikání malé oceli a 16 kg ocelové koule o průměru 10 kg primárního průměru. .Typickým výsledkem pro standardní měkkou ocel je HRB 60.
Materiáloví vědci vědí, že tvrdost je lineárně úměrná UTS. Proto daná tvrdost může předpovídat UTS. Stejně tak výrobci trubek vědí, že MYS a UTS spolu souvisí. U svařovaných trubek je MYS obvykle 70 % až 85 % UTS. Přesné množství závisí na procesu výroby trubky. 80 %, neboli 48 000 PSI.
Nejběžnější specifikací trubek v obecné výrobě je maximální tvrdost. Kromě velikosti se konstruktér zabýval specifikací svařované trubky elektricky odporově svařované (ERW) v dobrém pracovním rozsahu, což by mohlo mít za následek maximální tvrdost HRB 60, která by si našla cestu na výkresu součásti. Toto rozhodnutí samo o sobě vede k řadě konečných mechanických vlastností, včetně samotné tvrdosti.
Zaprvé, tvrdost HRB 60 nám mnoho neřekne. Odečet HRB 60 je bezrozměrné číslo. Materiál hodnocený pomocí HRB 59 je měkčí než materiál testovaný pomocí HRB 60 a HRB 61 je tvrdší než HRB 60, ale o kolik? Nelze to kvantifikovat jako objem (měřeno v decibelech), časová nebo neprůměrná rychlost točivého momentu (měřená vzdálenost) měřeno v librách na čtvereční palec). Odečet HRB 60 nám nic konkrétního neřekne. Jedná se o vlastnost materiálu, nikoli však o fyzikální vlastnost. Za druhé, testování tvrdosti není vhodné pro opakovatelnost nebo reprodukovatelnost. Vyhodnocení dvou měřených míst na zkušebním vzorku, i když jsou zkušební místa blízko sebe, často vede k velkým rozdílům v hodnotách tvrdosti. být změřen podruhé, aby se ověřily výsledky. Opakovatelnost testu není možná.
To neznamená, že testování tvrdosti je nepohodlné. Ve skutečnosti poskytuje dobré vodítko pro UTS materiálu a je to rychlý a snadný test. Nicméně každý, kdo se podílí na specifikaci, nákupu a výrobě trubek, by si měl být vědom jeho omezení jakožto testovacího parametru.
Protože „normální“ trubka není dobře definována, výrobci trub ji v případě potřeby často zužují na dva nejběžněji používané typy ocelových trubek a trubek definované v ASTM A513: 1008 a 1010. I po vyloučení všech ostatních typů trubek jsou možnosti z hlediska mechanických vlastností těchto dvou typů trubek široce otevřené. Ve skutečnosti mají tyto typy trubek nejširší škálu mechanických vlastností ze všech typů.
Například trubka je popsána jako měkká, pokud je MYS nízká a tažnost je vysoká, což znamená, že má lepší výkon v tahu, průhybu a tuhnutí než trubka popisovaná jako tvrdá, která má relativně vysokou MYS a relativně nízkou tažnost. Je to podobné jako rozdíl mezi měkkým a tvrdým drátem, jako jsou ramínka a vrtačky.
Samotné prodloužení je dalším faktorem, který má významný dopad na kritické potrubní aplikace. Trubky s vysokým prodloužením mohou odolat tahovým silám;materiály s nízkou tažností jsou křehčí, a proto náchylnější ke katastrofickým únavovým poruchám. Tažnost však přímo nesouvisí s UTS, což je jediná mechanická vlastnost přímo související s tvrdostí.
Proč se mechanické vlastnosti trubek tolik liší?Zaprvé je odlišné chemické složení.Ocel je pevný roztok železa a uhlíku a dalších důležitých slitin.Pro jednoduchost se zde budeme zabývat pouze procenty uhlíku.Atomy uhlíku nahrazují některé atomy železa a tvoří krystalovou strukturu oceli.ASTM 1008 je všeobjímající primární jakost s velmi speciálními vlastnostmi, kdy obsah uhlíku je 0,0% a obsah uhlíku je 0.0% unikátní. ocel je ultranízká. ASTM 1010 specifikuje obsah uhlíku mezi 0,08 % a 0,13 %. Tyto rozdíly se nezdají být velké, ale jsou dostatečně velké na to, aby přinesly velký rozdíl jinde.
Za druhé, ocelová trubka může být vyrobena nebo vyrobena a následně zpracována v sedmi různých výrobních procesech. ASTM A513 týkající se výroby trubek ERW uvádí sedm typů:
Pokud chemické složení oceli a kroky výroby trubek nemají žádný vliv na tvrdost oceli, co to znamená? Odpověď na tuto otázku znamená prozkoumat detaily. Tato otázka vyvolává další dvě otázky: Jaké detaily a jak blízko?
Podrobnosti o zrnech, ze kterých se ocel skládá, jsou první odpovědí. Když se ocel vyrábí v primární ocelárně, neochlazuje se do obrovského bloku s jediným prvkem. Jak ocel chladne, molekuly oceli se organizují do opakujících se vzorů (krystaly), podobně jako se tvoří sněhové vločky. Po vytvoření krystalů se shlukují do skupin nazývaných zrna. Jak postupuje ochlazování, poslední zrna nebo zrna rostou a tvoří se zrna. To vše se děje na mikroskopické úrovni, protože průměrná velikost ocelového zrna je asi 64 µ nebo 0,0025 palce široká. I když je každé zrno podobné dalšímu, nejsou stejné. Mírně se liší velikostí, orientací a obsahem uhlíku. Rozhraní mezi zrny se nazývá hranice zrn. Když ocel selže, například kvůli únavovým trhlinám, má tendenci selhat podél hranic zrn.
Jak daleko se musíte podívat, abyste viděli rozeznatelná zrna? Stačí 100násobné zvětšení nebo 100násobné lidské vidění. Pouhý pohled na neošetřenou ocel při 100násobném výkonu však mnoho neprozradí. Vzorek se připraví vyleštěním vzorku a naleptáním povrchu kyselinou (obvykle kyselinou dusičnou a alkoholem) zvanou nitroethanolové leptadlo.
Jsou to zrna a jejich vnitřní mřížka, které určují rázovou houževnatost, MYS, UTS a prodloužení, které ocel vydrží před porušením.
Kroky při výrobě oceli, jako je válcování pásu za tepla a za studena, působí napětí na strukturu zrna;pokud trvale změní tvar, znamená to, že napětí deformuje zrno. Další kroky zpracování, jako je svinutí oceli do svitků, její odvinutí a deformace ocelových zrn v mlýnu na trubky (k vytvoření a velikosti trubky). Tažení trubky za studena na trnu také vyvíjí tlak na materiál, stejně jako výrobní kroky, jako je tvarování na konci a ohýbání. Změny ve struktuře zrna se nazývají dislokace.
Výše uvedené kroky snižují tažnost oceli, což je její schopnost odolávat namáhání v tahu (roztahování). Ocel se stává křehkou, což znamená, že je pravděpodobnější, že se zlomí, pokud na ní budete dále pracovat. Prodloužení je jednou složkou tažnosti (stlačitelnost je další). Je důležité pochopit, že k porušení nejčastěji dochází při namáhání v tahu, nikoli při relativně vysoké deformaci oceli. tlakové napětí – je tažný – což je výhoda.
Beton má vysokou pevnost v tlaku, ale nízkou tažnost ve srovnání s betonem. Tyto vlastnosti jsou opačné než vlastnosti oceli. Proto je beton používaný na silnice, budovy a chodníky často opatřen výztuží. Výsledkem je produkt o pevnosti dvou materiálů: pod tahem je ocel pevná a pod tlakem beton.
Během tváření za studena, když se tažnost oceli snižuje, její tvrdost se zvyšuje. Jinými slovy, ztvrdne. V závislosti na situaci to může být výhoda;může to však být nevýhoda, protože tvrdost se rovná křehkosti. To znamená, že jak se ocel stává tvrdší, stává se méně elastickou;proto je pravděpodobnější, že selže.
Jinými slovy, každý procesní krok spotřebovává část tažnosti trubky. S tím, jak díl pracuje, se stává těžší, a pokud je příliš tvrdý, je v podstatě k ničemu. Tvrdost je křehkost a křehká trubka pravděpodobně při použití selže.
Má výrobce v tomto případě nějaké možnosti? Zkrátka ano. Tou možností je žíhání, a i když to není tak úplně magické, má to tak blízko k magii, jak jen můžete.
Laicky řečeno, žíhání odstraňuje veškeré účinky fyzického namáhání kovu. Tento proces zahřeje kov na teplotu uvolnění pnutí nebo rekrystalizaci, čímž se eliminují dislokace. V závislosti na konkrétní teplotě a době použité v procesu žíhání tak proces obnovuje část nebo celou jeho tažnost.
Žíhání a řízené chlazení podporují růst zrna. To je výhodné, pokud je cílem snížit křehkost materiálu, ale nekontrolovaný růst zrna může kov příliš změkčit a učinit jej nepoužitelným pro zamýšlené použití. Zastavení procesu žíhání je další téměř magická věc. Kalení na správnou teplotu se správnými vlastnostmi pro regeneraci kalení ve správný čas přivádí proces k zastavení regenerace oceli ve správný čas.
Měli bychom upustit od specifikace tvrdosti? ne. Charakteristiky tvrdosti jsou cenné především jako referenční bod při specifikaci ocelových trubek. Užitečné měřítko, tvrdost je jednou z několika charakteristik, které by měly být specifikovány při objednávání trubkového materiálu a kontrolovány při příjmu (a měly by být zaznamenány při každé zásilce). Když je kontrola tvrdosti kontrolním standardem, měla by mít vhodné hodnoty stupnice a kontrolní rozsahy.
Nejedná se však o skutečný test pro kvalifikaci (přijetí nebo odmítnutí) materiálu. Kromě tvrdosti by měli výrobci příležitostně testovat zásilky, aby určili další relevantní vlastnosti, jako je MYS, UTS nebo minimální prodloužení, v závislosti na použití trubky.
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 se v roce 1990 stal prvním časopisem věnovaným obsluze průmyslu kovových trubek. Dnes zůstává jedinou publikací v Severní Americe věnovanou tomuto odvětví a stal se nejdůvěryhodnějším zdrojem informací pro profesionály v oboru potrubí.
Nyní s plným přístupem k digitálnímu vydání The FABRICATOR, snadný přístup k cenným průmyslovým zdrojům.
Digitální vydání časopisu The Tube & Pipe Journal je nyní plně přístupné a poskytuje snadný přístup k cenným průmyslovým zdrojům.
Užijte si plný přístup k digitálnímu vydání časopisu STAMPING Journal, který poskytuje nejnovější technologické pokroky, osvědčené postupy a novinky z oboru pro trh lisování kovů.
Užijte si plný přístup k digitálnímu vydání The Additive Report, kde se dozvíte, jak lze aditivní výrobu využít ke zlepšení provozní efektivity a zvýšení zisků.
Nyní s plným přístupem k digitální edici The Fabricator en Español, snadný přístup k cenným průmyslovým zdrojům.