Divers protocoles de test (Brinell, Rockwell, Vickers) ont des procédures spécifiques au projet testé. Le test Rockwell T convient pour inspecter les tubes à paroi légère en coupant le tube dans le sens de la longueur et en testant la paroi à partir du diamètre intérieur plutôt que du diamètre extérieur.
Commander une chambre à air, c'est un peu comme se rendre chez un concessionnaire automobile et commander une voiture ou un camion. Aujourd'hui, les nombreuses options disponibles permettent aux acheteurs de personnaliser le véhicule de diverses façons : couleurs intérieures et extérieures, ensembles de garnitures intérieures, options de style extérieur, choix de groupes motopropulseurs et système audio qui rivalise presque avec un système de divertissement à domicile. Compte tenu de toutes ces options, vous ne serez peut-être pas satisfait d'un véhicule standard sans fioritures.
Les tuyaux en acier ne sont que cela. Il existe des milliers d'options ou de spécifications. En plus des dimensions, la spécification répertorie les propriétés chimiques et plusieurs propriétés mécaniques telles que la limite d'élasticité minimale (MYS), la résistance à la traction ultime (UTS) et l'allongement minimal avant rupture.
Essayez de commander une voiture en fonction d'une seule caractéristique ("J'ai besoin d'une voiture avec une transmission automatique") et vous n'irez pas trop loin avec un vendeur. Il doit remplir un formulaire de commande avec de nombreuses options. Le tuyau n'est que cela - afin d'obtenir le bon tuyau pour l'application, le fabricant de tuyaux a besoin de plus d'informations que la dureté.
Comment la dureté devient-elle un substitut reconnu d'autres propriétés mécaniques ? Cela a probablement commencé avec un producteur de tuyaux. Étant donné que les tests de dureté sont rapides, faciles et nécessitent un équipement relativement peu coûteux, les vendeurs de tubes utilisent souvent des tests de dureté pour comparer deux tubes. Pour effectuer un test de dureté, tout ce dont ils ont besoin est une longueur de tuyau lisse et un banc d'essai.
La dureté du tube est bien corrélée à l'UTS, et en règle générale, les pourcentages ou les plages de pourcentage sont utiles pour estimer le MYS, il est donc facile de voir comment les tests de dureté peuvent être une approximation appropriée pour d'autres propriétés.
En outre, d'autres tests sont relativement complexes. Alors que les tests de dureté ne prennent qu'une minute environ sur une seule machine, les tests MYS, UTS et d'allongement nécessitent une préparation d'échantillon et un investissement important dans de gros équipements de laboratoire. En comparaison, il faut quelques secondes à un opérateur de tuberie pour effectuer un test de dureté et des heures à un technicien métallurgiste professionnel pour effectuer un test de traction. Il n'est pas difficile d'effectuer un contrôle de dureté.
Cela ne veut pas dire que les fabricants de tuyaux techniques n'utilisent pas les tests de dureté. On peut dire que la plupart des gens le font, mais comme ils effectuent des évaluations de répétabilité et de reproductibilité sur tous leurs équipements de test, ils sont bien conscients des limites du test. La plupart utilisent l'évaluation de la dureté des tubes dans le cadre du processus de production, mais ils ne l'utilisent pas pour quantifier les propriétés des tubes. Il s'agit simplement d'un test de réussite/échec.
Pourquoi avez-vous besoin de connaître le MYS, l'UTS et l'allongement minimum ? Ils indiquent comment le tube se comportera lors de l'assemblage.
MYS est la force minimale qui provoque une déformation permanente du matériau. Si vous essayez de plier légèrement un fil droit (comme un cintre) et de relâcher la pression, l'une des deux choses suivantes se produira : il reviendra à son état d'origine (droit) ou il restera plié. S'il est toujours droit, vous n'avez pas dépassé le MYS. S'il est toujours plié, vous l'avez dépassé.
Maintenant, utilisez des pinces pour serrer les deux extrémités du fil. Si vous pouvez déchirer le fil en deux morceaux, vous êtes au-dessus de son UTS. Vous mettez beaucoup de tension dessus et vous avez deux fils pour montrer votre effort surhumain. UTS.
Les échantillons de photomicrographie en acier doivent être coupés, polis et gravés à l'aide d'une solution légèrement acide (généralement de l'acide nitrique et de l'alcool (nitroéthanol)) pour rendre les grains visibles. Un grossissement de 100x est couramment utilisé pour inspecter les grains d'acier et déterminer la taille des grains.
La dureté est un test de la façon dont un matériau réagit à l'impact. Imaginez mettre un petit morceau de tuyau dans un étau avec des mâchoires dentelées et tourner l'étau pour le fermer. En plus d'aplatir le tube, les mâchoires de l'étau laissent également des indentations sur la surface du tube.
C'est ainsi que fonctionne le test de dureté, mais ce n'est pas si difficile. Ce test a une taille d'impact contrôlée et une pression contrôlée. Ces forces déforment la surface, créant une indentation ou une indentation. La taille ou la profondeur de l'indentation détermine la dureté du métal.
Pour évaluer l'acier, les tests de dureté courants sont Brinell, Vickers et Rockwell. Chacun a sa propre échelle, et certains ont plusieurs méthodes de test, telles que Rockwell A, B et C. Pour les tuyaux en acier, la spécification ASTM A513 fait référence au test Rockwell B (en abrégé HRB ou RB). l'acier doux est HRB 60.
Les scientifiques des matériaux savent que la dureté est linéairement liée à l'UTS. Par conséquent, une dureté donnée peut prédire l'UTS. De même, les fabricants de tubes savent que le MYS et l'UTS sont liés. 8 000 psi.
La spécification de tuyau la plus courante dans la fabrication générale est la dureté maximale. En plus de la taille, l'ingénieur s'est soucié de spécifier un tuyau soudé par résistance électrique (ERW) dans une bonne plage de travail, ce qui pourrait entraîner une dureté maximale de HRB 60 éventuellement trouver son chemin sur le dessin du composant. Cette seule décision conduit à une gamme de propriétés mécaniques finales, y compris la dureté elle-même.
Premièrement, la dureté de HRB 60 ne nous dit pas grand-chose. La lecture HRB 60 est un nombre sans dimension. Le matériau évalué avec HRB 59 est plus doux que le matériau testé avec HRB 60, et HRB 61 est plus dur que HRB 60, mais de combien ? Il ne peut pas être quantifié comme le volume (mesuré en décibels), le couple (mesuré en livres-pieds), la vitesse (mesurée en distance par rapport au temps) ou l'UTS (mesurée en livres par pouce carré). ).La lecture de HRB 60 ne nous dit rien de spécifique.Il s'agit d'une propriété du matériau, mais pas d'une propriété physique.Deuxièmement, les tests de dureté ne conviennent pas à la répétabilité ou à la reproductibilité.L'évaluation de deux emplacements sur un spécimen d'essai, même si les emplacements d'essai sont proches l'un de l'autre, entraîne souvent une grande variation des lectures de dureté.
Cela ne signifie pas que le test de dureté est gênant. En fait, il fournit un bon guide pour l'UTS d'un matériau, et c'est un test rapide et facile à réaliser. Cependant, toute personne impliquée dans la spécification, l'achat et la fabrication de tubes doit être consciente de ses limites en tant que paramètre de test.
Étant donné que les tuyaux « normaux » ne sont pas bien définis, les fabricants de tuyaux les réduisent souvent aux deux types de tuyaux et de tuyaux en acier les plus couramment utilisés définis dans la norme ASTM A513 : 1008 et 1010. Même après avoir éliminé tous les autres types de tubes, les possibilités en termes de propriétés mécaniques de ces deux types de tubes sont grandes ouvertes. En fait, ces types de tubes ont la plus large gamme de propriétés mécaniques de tous les types.
Par exemple, un tube est décrit comme souple si le MYS est faible et l'allongement est élevé, ce qui signifie qu'il se comporte mieux en traction, en déflexion et en prise qu'un tube décrit comme dur, qui a un MYS relativement élevé et un allongement relativement faible. Ceci est similaire à la différence entre les fils souples et durs, tels que les cintres et les perceuses.
L'allongement lui-même est un autre facteur qui a un impact significatif sur les applications de tuyauterie critiques. Les tubes à allongement élevé peuvent résister aux forces de traction ;les matériaux à faible allongement sont plus fragiles et donc plus sujets aux défaillances catastrophiques de type fatigue. Cependant, l'allongement n'est pas directement lié à l'UTS, qui est la seule propriété mécanique directement liée à la dureté.
Pourquoi les propriétés mécaniques des tubes varient-elles autant ? Premièrement, la composition chimique est différente. L'acier est une solution solide de fer et de carbone et d'autres alliages importants. Par souci de simplicité, nous ne traiterons ici que des pourcentages de carbone. M 1010 spécifie une teneur en carbone entre 0,08% et 0,13%. Ces différences ne semblent pas énormes, mais elles sont suffisamment importantes pour faire une grande différence ailleurs.
Deuxièmement, le tuyau en acier peut être fabriqué ou fabriqué et ensuite traité dans sept procédés de fabrication différents. La norme ASTM A513 relative à la production de tuyaux ERW répertorie sept types :
Si la composition chimique de l'acier et les étapes de fabrication du tube n'ont aucun effet sur la dureté de l'acier, qu'est-ce que c'est ? Répondre à cette question signifie se pencher sur les détails.
Les détails sur les grains qui composent l'acier sont la première réponse.Lorsque l'acier est fabriqué dans une aciérie primaire, il ne refroidit pas en un énorme bloc avec une seule caractéristique.Lorsque l'acier refroidit, les molécules d'acier s'organisent en motifs répétitifs (cristaux), similaires à la formation des flocons de neige.Une fois les cristaux formés, ils s'agrègent en groupes appelés grains. parce que le grain d'acier de taille moyenne est d'environ 64 µ ou 0,0025 pouce de large. Bien que chaque grain soit similaire au suivant, ils ne sont pas identiques. Ils varient légèrement en taille, en orientation et en teneur en carbone. L'interface entre les grains est appelée joint de grain.
Jusqu'où devez-vous regarder pour voir des grains discernables ? Un grossissement de 100x, ou une vision humaine de 100x, est suffisant. Cependant, le simple fait de regarder de l'acier non traité à 100 fois la puissance ne révèle pas grand-chose. L'échantillon est préparé en polissant l'échantillon et en gravant la surface avec un acide (généralement de l'acide nitrique et de l'alcool) appelé agent de gravure au nitroéthanol.
Ce sont les grains et leur réseau interne qui déterminent la résistance aux chocs, MYS, UTS et l'allongement qu'un acier peut supporter avant rupture.
Les étapes de fabrication de l'acier, telles que le laminage à chaud et à froid de la bande, appliquent une contrainte dans la structure du grain;s'ils changent de forme de façon permanente, cela signifie que la contrainte déforme le grain. D'autres étapes de traitement, telles que l'enroulement de l'acier en bobines, son déroulement et la déformation des grains d'acier à travers un laminoir à tubes (pour former et dimensionner le tube). L'étirage à froid du tube sur le mandrin exerce également une pression sur le matériau, tout comme les étapes de fabrication telles que le formage et le pliage des extrémités. Les modifications de la structure du grain sont appelées dislocations.
L'acier devient cassant, ce qui signifie qu'il est plus susceptible de se casser si vous continuez à travailler dessus. L'allongement est une composante de la ductilité (la compressibilité en est une autre). facilement sous contrainte de compression – il est ductile – ce qui est un avantage.
Le béton a une résistance à la compression élevée mais une faible ductilité par rapport au béton. Ces propriétés sont opposées à celles de l'acier. C'est pourquoi le béton utilisé pour les routes, les bâtiments et les trottoirs est souvent équipé de barres d'armature. Le résultat est un produit avec les forces de deux matériaux : sous tension, l'acier est résistant et sous pression, le béton.
Lors de l'écrouissage, lorsque la ductilité de l'acier diminue, sa dureté augmente. En d'autres termes, il durcira. Selon la situation, cela peut être un avantage ;cependant, cela peut être un inconvénient puisque la dureté est assimilée à la fragilité. Autrement dit, à mesure que l'acier devient plus dur, il devient moins élastique ;par conséquent, il est plus susceptible d'échouer.
En d'autres termes, chaque étape du processus consomme une partie de la ductilité du tuyau. Il devient plus dur au fur et à mesure que la pièce fonctionne, et si c'est trop dur, il est fondamentalement inutile. La dureté est la fragilité, et un tube cassant est susceptible de tomber en panne lorsqu'il est utilisé.
Le fabricant a-t-il des options dans ce cas ? En bref, oui. Cette option est le recuit, et même si ce n'est pas tout à fait magique, c'est aussi proche de la magie que possible.
En termes simples, le recuit supprime tous les effets de la contrainte physique sur le métal. Ce processus chauffe le métal à une température de détente ou de recristallisation, éliminant ainsi les dislocations. Selon la température et le temps spécifiques utilisés dans le processus de recuit, le processus restaure ainsi une partie ou la totalité de sa ductilité.
Le recuit et le refroidissement contrôlé favorisent la croissance des grains. Ceci est bénéfique si l'objectif est de réduire la fragilité du matériau, mais une croissance incontrôlée des grains peut trop ramollir le métal, le rendant inutilisable pour l'usage auquel il est destiné.
Devrions-nous abandonner la spécification de dureté ? Non. Les caractéristiques de dureté sont utiles principalement comme point de référence lors de la spécification des tuyaux en acier. Une mesure utile, la dureté est l'une des nombreuses caractéristiques qui doivent être spécifiées lors de la commande de matériau tubulaire et vérifiées à la réception (et doivent être enregistrées avec chaque expédition). Lorsque l'inspection de la dureté est la norme d'inspection, elle doit avoir des valeurs d'échelle et des plages de contrôle appropriées.
Cependant, ce n'est pas un véritable test pour qualifier (accepter ou rejeter) le matériau. En plus de la dureté, les fabricants doivent parfois tester les expéditions pour déterminer d'autres propriétés pertinentes, telles que MYS, UTS ou l'allongement minimum, en fonction de l'application du tube.
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