Varios protocolos de proba (Brinell, Rockwell, Vickers) teñen procedementos específicos para o proxecto en proba. A proba Rockwell T é adecuada para inspeccionar tubos de parede lixeira cortando o tubo longitudinalmente e probando a parede desde o diámetro interior en lugar do exterior.
Encargar un tubo é un pouco como ir a un concesionario de automóbiles e pedir un coche ou camión. Hoxe, as moitas opcións dispoñibles permiten aos compradores personalizar o vehículo de varias formas: cores interiores e exteriores, paquetes de adornos interiores, opcións de estilo exterior, opcións de tren motriz e un sistema de audio que case rivaliza co sistema de entretemento doméstico.
Os tubos de aceiro son só iso. Ten miles de opcións ou especificacións. Ademais das dimensións, a especificación enumera propiedades químicas e varias mecánicas, como o límite de fluencia mínima (MYS), a resistencia á tracción máxima (UTS) e o alongamento mínimo antes do fallo. Non obstante, moitos na industria (enxeñeiros, axentes de compra e fabricantes) usan só taquigrafías aceptadas na industria que requiren o uso de tubos normais e de dureza especificados.
Proba a pedir un coche por unha única característica ("Necesito un coche con transmisión automática") e non chegarás demasiado lonxe cun vendedor. Ten que cubrir un formulario de pedido con moitas opcións. O tubo é só iso: para obter o tubo axeitado para a aplicación, o fabricante de tubos necesita máis información que só a dureza.
Como se converte a dureza nun substituto recoñecido doutras propiedades mecánicas?Probablemente comezou cun produtor de tubos.Debido a que as probas de dureza son rápidas, sinxelas e requiren equipos relativamente económicos, os vendedores de tubos adoitan empregar as probas de dureza para comparar dous tubos. Para realizar unha proba de dureza, o único que necesitan é unha lonxitude de tubo suave e un banco de proba.
A dureza do tubo correlaciona ben con UTS e, como regra xeral, as porcentaxes ou os intervalos porcentuais son útiles para estimar MYS, polo que é fácil ver como as probas de dureza poden ser un proxy axeitado para outras propiedades.
Ademais, outras probas son relativamente complexas. Aínda que as probas de dureza só levan un minuto aproximadamente nunha soa máquina, as probas de MYS, UTS e de alongamento requiren a preparación de mostras e un investimento importante en equipos de gran laboratorio. Como comparación, un operador de fábrica de tubos leva segundos segundos en realizar unha proba de dureza e horas para que un técnico metalúrxico profesional realice unha proba de tracción. Non é difícil realizar unha comprobación de dureza.
Isto non quere dicir que os fabricantes de tubos de enxeñería non empreguen probas de dureza. É seguro dicir que a maioría da xente o fai, pero porque fan avaliacións de repetibilidade e reproducibilidade de calibres en todos os seus equipos de proba, son ben conscientes das limitacións da proba. A maioría usan a avaliación da dureza do tubo como parte do proceso de produción, pero non o usan para cuantificar as propiedades do tubo de ensaio.
Por que necesitas saber sobre MYS, UTS e alongamento mínimo?Indican como se comportará o tubo na montaxe.
MYS é a forza mínima que provoca a deformación permanente do material. Se tentas dobrar un fío recto (como un perchero) lixeiramente e solta a presión, ocorrerá unha de dúas cousas: volverá ao seu estado orixinal (recto) ou permanecerá dobrado. Se aínda está recto, non superaches o MYS. Se aínda estás dobrado.
Agora, usa unhas pinzas para suxeitar os dous extremos do fío. Se podes rasgar o fío en dous anacos, estás sobre o seu UTS. Pons moita tensión nel e tes dous cables para mostrar o teu esforzo sobrehumano. Se a lonxitude orixinal do fío é de 5 polgadas, e as dúas lonxitudes despois do fallo suman 6 polgadas, o fío esténdese nun 21 % de lonxitude real, ou 21 %. o punto de falla, pero o que sexa: o concepto de cable de tracción ilustra o UTS.
As mostras de microfotografía de aceiro deben ser cortadas, pulidas e gravadas usando unha solución lixeiramente ácida (xeralmente ácido nítrico e alcohol (nitroetanol)) para facer visibles os grans. A ampliación de 100x úsase habitualmente para inspeccionar grans de aceiro e determinar o tamaño dos grans.
A dureza é unha proba de como responde un material ao impacto. Imaxina meter un anaco curto de tubo nun tornillo de banco con mandíbulas dentadas e xirar o tornillo de banco para pechalo. Ademais de aplanar o tubo, as mordazas do tornillo de banco tamén deixan muescas na superficie do tubo.
Así funciona a proba de dureza, pero non é tan brusca.Esta proba ten un tamaño de impacto controlado e unha presión controlada.Estas forzas deforman a superficie, creando unha sangría ou sangría.O tamaño ou profundidade da sangría determina a dureza do metal.
Para avaliar o aceiro, as probas de dureza comúns son Brinell, Vickers e Rockwell. Cada unha ten a súa propia escala, e algunhas teñen varios métodos de proba, como Rockwell A, B e C. Para tubos de aceiro, a especificación ASTM A513 fai referencia á proba Rockwell B (abreviada como HRB ou RB). 100 kgf. Un resultado típico para o aceiro suave estándar é HRB 60.
Os científicos de materiais saben que a dureza está linealmente relacionada co UTS. Polo tanto, unha determinada dureza pode predecir UTS. Do mesmo xeito, os fabricantes de tubos saben que MYS e UTS están relacionados. Para tubos soldados, MYS adoita ser do 70% ao 85% do UTS. A cantidade exacta depende do proceso de fabricación do tubo. ch (PSI) e un MYS do 80 %, ou 48.000 PSI.
A especificación de tubos máis común na fabricación xeral é a dureza máxima. Ademais do tamaño, o enxeñeiro preocupouse de especificar un tubo soldado por resistencia eléctrica (ERW) dentro dun bo intervalo de traballo, o que podería producir unha dureza máxima de posiblemente HRB 60 que atopase o seu camiño no debuxo do compoñente. Só esta decisión leva a unha serie de propiedades mecánicas de dureza final.
En primeiro lugar, a dureza do HRB 60 non nos di moito. A lectura HRB 60 é un número adimensional. O material avaliado con HRB 59 é máis brando que o material probado con HRB 60, e HRB 61 é máis duro que HRB 60, pero en canto? ), ou UTS (medido en libras por polgada cadrada). A lectura de HRB 60 non nos indica nada específico. Esta é unha propiedade do material, pero non unha propiedade física. En segundo lugar, a proba de dureza non é adecuada para a repetibilidade ou a reproducibilidade. Avaliar dúas localizacións nunha mostra de proba, aínda que as localizacións da proba estean próximas entre si. medido, non se pode medir unha segunda vez para verificar os resultados. Non é posible a repetibilidade da proba.
Isto non significa que as probas de dureza sexan inconvenientes. De feito, proporciona unha boa guía para o UTS dun material e é unha proba rápida e sinxela de realizar. Non obstante, todos os que participan na especificación, compra e fabricación de tubos deben ser conscientes das súas limitacións como parámetro de proba.
Debido a que o tubo "normal" non está ben definido, cando é necesario, os fabricantes de tubos a miúdo redúcenso aos dous tipos de tubos e tubos de aceiro máis usados ​​definidos na ASTM A513: 1008 e 1010. Mesmo despois de eliminar todos os outros tipos de tubos, as posibilidades en termos de propiedades mecánicas destes dous tipos de tubos están moi abertas.
Por exemplo, un tubo descríbese como brando se o MYS é baixo e o alongamento é alto, o que significa que ten un mellor rendemento en tracción, deflexión e fraguado que un tubo descrito como duro, que ten un MYS relativamente alto e un alongamento relativamente baixo. Isto é semellante á diferenza entre o fío brando e duro, como perchas e brocas.
O alongamento en si é outro factor que ten un impacto significativo nas aplicacións críticas de tubos. Os tubos con alto alongamento poden soportar forzas de tracción;os materiais con baixa elongación son máis fráxiles e, polo tanto, máis propensos a fallas catastróficas de tipo fatiga. Non obstante, o alongamento non está directamente relacionado co UTS, que é a única propiedade mecánica directamente relacionada coa dureza.
Por que varían tanto as propiedades mecánicas dos tubos? En primeiro lugar, a composición química é diferente. O aceiro é unha solución sólida de ferro e carbono e outras aliaxes importantes. Para simplificar, só trataremos aquí as porcentaxes de carbono. Os átomos de carbono substitúen algúns dos átomos de ferro, formando a estrutura cristalina do aceiro. número especial que produce propiedades únicas cando o contido de carbono no aceiro é ultrabaixo. A ASTM 1010 especifica un contido de carbono entre o 0,08 % e o 0,13 %. Estas diferenzas non parecen grandes, pero son o suficientemente grandes como para marcar unha gran diferenza noutro lugar.
En segundo lugar, o tubo de aceiro pódese fabricar ou fabricar e posteriormente procesarse en sete procesos de fabricación diferentes. A ASTM A513 relacionada coa produción de tubos ERW enumera sete tipos:
Se a composición química do aceiro e os pasos de fabricación do tubo non teñen ningún efecto sobre a dureza do aceiro, que é? Responder a esta pregunta significa examinar os detalles. Esta pregunta suscita dúas preguntas máis: que detalles e a que punto?
Os detalles sobre os grans que constitúen o aceiro son a primeira resposta. Cando o aceiro se fabrica nunha acería primaria, non se arrefría nun bloque enorme cunha única característica. A medida que o aceiro se arrefría, as moléculas do aceiro organízanse en patróns repetidos (cristais), de xeito similar á forma en que se forman os flocos de neve. Despois de que se forman os cristais, agréganse e forman grandes placas. os grans deixan de crecer cando as últimas moléculas de aceiro son absorbidas polos grans. Todo isto ocorre a nivel microscópico porque o gran de aceiro de tamaño medio ten uns 64 µ ou 0,0025 polgadas de ancho. Aínda que cada gran é semellante ao seguinte, non son iguais. Varían lixeiramente en tamaño, orientación e contido de carbono. límites de grans.
Ata onde hai que mirar para ver grans discernibles?Un aumento de 100x, ou unha visión humana de 100x, é suficiente.Non obstante, só mirar o aceiro sen tratar a 100 veces a potencia non revela moito.A mostra prepárase pulendo a mostra e gravando a superficie cun ácido (normalmente ácido nítrico e alcohol) chamado nitroetanol.
Son os grans e a súa rede interna os que determinan a resistencia ao impacto, MYS, UTS e o alongamento que pode soportar un aceiro antes da falla.
Os pasos de fabricación de aceiro, como o laminado en quente e en frío da tira, aplican tensión á estrutura do gran;se cambian de forma permanentemente, isto significa que a tensión deforma o gran.Outros pasos de procesamento, como enrolar o aceiro en bobinas, desenrolalo e deformar os grans de aceiro a través dun molino de tubos (para formar e dimensionar o tubo).O debuxo en frío do tubo sobre o mandril tamén exerce presión sobre o material, do mesmo xeito que as etapas de fabricación, como a formación de extremos e a flexión da estrutura do gran, denomínanse cambios na estrutura do gran.
Os pasos anteriores esgotan a ductilidade do aceiro, que é a súa capacidade para soportar tensións de tracción (pull-open).O aceiro vólvese fráxil, o que significa que é máis probable que se rompa se continúa traballando nel.O alongamento é un compoñente da ductilidade (a compresibilidade é outro).É importante entender que a falla ocorre na maioría das veces durante a tensión de tracción. con todo, o aceiro defórmase facilmente baixo tensión de compresión - é dúctil - o que é unha vantaxe.
O formigón ten unha alta resistencia á compresión pero baixa ductilidade en comparación co formigón.Estas propiedades son opostas ás do aceiro.Por iso o formigón usado para estradas, edificios e beirarrúas adoita estar equipado con barras de refuerzo.O resultado é un produto coas resistencias de dous materiais: baixo tensión, o aceiro é forte e baixo presión, formigón.
Durante o traballo en frío, a medida que diminúe a ductilidade do aceiro, a súa dureza aumenta. Noutras palabras, endurecerase. Dependendo da situación, isto pode ser un beneficio;non obstante, pode ser unha desvantaxe xa que a dureza se equipara coa fraxilidade. É dicir, a medida que o aceiro se fai máis duro, faise menos elástico;polo tanto, é máis probable que falle.
Noutras palabras, cada paso do proceso consome parte da ductilidade do tubo. É máis difícil a medida que a peza funciona, e se é demasiado dura é basicamente inútil. A dureza é fraxilidade, e un tubo quebradizo é probable que falle cando se usa.
O fabricante ten algunha opción neste caso? En resumo, si. Esa opción é o recocido e, aínda que non é moi máxico, está o máis próximo posible á maxia.
En termos simples, o recocido elimina todos os efectos da tensión física sobre o metal. Este proceso quenta o metal a unha temperatura de alivio de tensión ou de recristalización, eliminando así as dislocacións. Dependendo da temperatura e do tempo específicos empregados no proceso de recocido, o proceso restablece así parte ou a totalidade da súa ductilidade.
O recocido e o arrefriamento controlado favorecen o crecemento do gran. Isto é beneficioso se o obxectivo é reducir a fraxilidade do material, pero o crecemento incontrolado do gran pode suavizar demasiado o metal, facendo que non se poida utilizar para o seu uso previsto. Deter o proceso de recocido é outra cousa case máxica. O enfriamento á temperatura correcta co axente de enfriamento adecuado no momento adecuado fai que o proceso recupere as propiedades do aceiro rapidamente.
Debemos abandonar a especificación de dureza? non. As características de dureza son valiosas principalmente como punto de referencia cando se especifican tubos de aceiro. Unha medida útil, a dureza é unha das varias características que se deben especificar ao solicitar material tubular e comprobarse ao recibir (e deben rexistrarse con cada envío).
Non obstante, non é unha proba real para cualificar (aceptar ou rexeitar) o material. Ademais da dureza, os fabricantes deberían probar ocasionalmente os envíos para determinar outras propiedades relevantes, como MYS, UTS ou alongamento mínimo, dependendo da aplicación do tubo.
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 converteuse na primeira revista dedicada ao servizo da industria de tubos metálicos en 1990. Hoxe segue sendo a única publicación en América do Norte dedicada á industria e converteuse na fonte de información máis fiable para os profesionais das tubaxes.
Agora, con acceso completo á edición dixital de The FABRICATOR, fácil acceso a valiosos recursos do sector.
A edición dixital de The Tube & Pipe Journal é agora totalmente accesible e ofrece un fácil acceso a valiosos recursos da industria.
Goza de acceso completo á edición dixital de STAMPING Journal, que ofrece os últimos avances tecnolóxicos, mellores prácticas e noticias da industria para o mercado de estampación de metal.
Goza de acceso completo á edición dixital de The Additive Report para saber como se pode usar a fabricación aditiva para mellorar a eficiencia operativa e aumentar os beneficios.
Agora con acceso completo á edición dixital de The Fabricator en Español, fácil acceso a valiosos recursos da industria.