Različiti protokoli ispitivanja (Brinell, Rockwell, Vickers) imaju postupke specifične za projekt koji se testira. Rockwell T test prikladan je za pregled cijevi s lakim stijenkama rezanjem cijevi po dužini i ispitivanjem stijenke od unutarnjeg promjera, a ne od vanjskog promjera.
Naručivanje cijevi pomalo je poput odlaska u autosalon i naručivanja automobila ili kamiona. Danas mnoge dostupne opcije omogućuju kupcima da prilagode vozilo na različite načine — boje interijera i eksterijera, paketi unutarnjih ukrasa, mogućnosti vanjskog stila, izbor pogonskog sklopa i audiosustav koji je gotovo konkurent sustavu kućne zabave. S obzirom na sve ove opcije, možda nećete biti zadovoljni standardnim vozilom bez dodataka.
Čelične cijevi su upravo to. Ima tisuće opcija ili specifikacija. Osim dimenzija, specifikacija navodi kemijska i nekoliko mehaničkih svojstava kao što su minimalna čvrstoća tečenja (MYS), krajnja vlačna čvrstoća (UTS) i minimalno istezanje prije kvara. Međutim, mnogi u industriji - inženjeri, agenti za nabavu i proizvođači - koriste prihvaćene industrijske skraćenice koje zahtijevaju upotrebu "normalne" zavarene cijevi i navode samo jednu karakteristiku: tvrdoću nost.
Pokušajte naručiti automobil prema jednoj karakteristici ("Trebam auto s automatskim mjenjačem") i nećete daleko stići s prodavačem. On mora ispuniti obrazac za narudžbu s mnogo opcija. Cijev je upravo to - da bi dobio pravu cijev za primjenu, proizvođač cijevi treba više informacija od same tvrdoće.
Kako tvrdoća postaje priznata zamjena za druga mehanička svojstva? Vjerojatno je počelo s proizvođačem cijevi. Budući da je ispitivanje tvrdoće brzo, jednostavno i zahtijeva relativno jeftinu opremu, prodavači cijevi često koriste ispitivanje tvrdoće za usporedbu dviju cijevi. Za izvođenje ispitivanja tvrdoće potrebna im je samo glatka duljina cijevi i stalak za ispitivanje.
Tvrdoća cijevi dobro korelira s UTS-om, a kao pravilo, postoci ili rasponi postotaka su korisni u procjeni MYS, tako da je lako vidjeti kako ispitivanje tvrdoće može biti prikladna zamjena za druga svojstva.
Također, drugi testovi su relativno složeni. Dok ispitivanje tvrdoće traje samo minutu ili tako nešto na jednom stroju, MYS, UTS i ispitivanje istezanja zahtijevaju pripremu uzorka i značajna ulaganja u veliku laboratorijsku opremu. Za usporedbu, operateru mlina za cijevi potrebne su sekunde da izvrši ispitivanje tvrdoće, a profesionalnim metalurškim tehničarima sati da provede ispitivanje rastezanja. Nije teško izvršiti provjeru tvrdoće.
To ne znači da proizvođači projektiranih cijevi ne koriste ispitivanje tvrdoće. Sa sigurnošću se može reći da većina ljudi to radi, ali budući da provode procjene ponovljivosti i reproduktivnosti mjerenja na svoj svojoj ispitnoj opremi, oni su itekako svjesni ograničenja ispitivanja. Većina koristi procjenu tvrdoće cijevi kao dio proizvodnog procesa, ali ga ne koriste za kvantificiranje svojstava cijevi. Ovo je samo test prolaza/paljenja.
Zašto trebate znati o MYS, UTS i minimalnom izduženju? Oni pokazuju kako će se cijev ponašati pri sklapanju.
MYS je minimalna sila koja uzrokuje trajnu deformaciju materijala. Ako pokušate lagano saviti ravnu žicu (poput vješalice) i otpustiti pritisak, dogodit će se jedna od dvije stvari: ona će se vratiti u prvobitno stanje (ravna) ili će ostati savijena. Ako je još uvijek ravna, niste prešli MYS. Ako je još uvijek savijena, pretjerali ste.
Sada upotrijebite kliješta da stegnete oba kraja žice. Ako možete potrgati žicu na dva dijela, prešli ste njezinu UTS. Stavili ste je jako napeto i imate dvije žice da pokažete svoj nadljudski trud. Ako je izvorna duljina žice 5 inča, a dvije duljine nakon kvara zbroje do 6 inča, žica je rastegnuta za 1 inč, ili 20%. Stvarni test istezanja mjeri se unutar 2 inča. o točki kvara, ali kako god – koncept potezne žice ilustrira UTS.
Uzorke fotomikrografije čelika potrebno je izrezati, polirati i urezati pomoću blago kisele otopine (obično dušične kiseline i alkohola (nitroetanola)) kako bi se zrnca učinila vidljivima. Povećanje od 100x obično se koristi za pregled čeličnih zrna i određivanje veličine zrna.
Tvrdoća je test kako materijal reagira na udar. Zamislite da stavite kratki komad cijevi u škripac s nazubljenim čeljustima i okrenete škripac da se zatvori. Osim što izravnavaju cijev, čeljusti škripca također ostavljaju udubljenja na površini cijevi.
Tako radi ispitivanje tvrdoće, ali nije tako grubo. Ovo ispitivanje ima kontroliranu veličinu udara i kontrolirani pritisak. Te sile deformiraju površinu, stvarajući udubljenje ili udubljenje. Veličina ili dubina udubljenja određuje tvrdoću metala.
Za procjenu čelika, uobičajeni testovi tvrdoće su Brinell, Vickers i Rockwell. Svaki ima vlastitu ljestvicu, a neki imaju više metoda ispitivanja, kao što su Rockwell A, B i C. Za čelične cijevi, ASTM specifikacija A513 upućuje na Rockwell B test (skraćeno kao HRB ili RB). Rockwell B test mjeri razliku u prodiranju čelika čeličnom kuglicom promjera 1⁄16 inča između malog predopterećenja i primarnog prednaprezanja. opterećenje od 100 kgf. Tipičan rezultat za standardni meki čelik je HRB 60.
Znanstvenici za materijale znaju da je tvrdoća linearno povezana s UTS-om. Stoga određena tvrdoća može predvidjeti UTS. Isto tako, proizvođači cijevi znaju da su MYS i UTS povezani. Za zavarene cijevi, MYS je obično 70% do 85% UTS-a. Točan iznos ovisi o procesu izrade cijevi. Tvrdoća HRB 60 korelira s UTS-om od 60 000 funti po kvadratnom inču (PSI ) i MYS od 80%, ili 48.000 PSI.
Najčešća specifikacija cijevi u općoj proizvodnji je maksimalna tvrdoća. Osim veličine, inženjer se bavio specifikacijom zavarene elektrootporno zavarene (ERW) cijevi unutar dobrog radnog raspona, što bi moglo rezultirati maksimalnom tvrdoćom od možda HRB 60 koja se nalazi na crtežu komponente. Sama ova odluka dovodi do niza konačnih mehaničkih svojstava, uključujući samu tvrdoću.
Prvo, tvrdoća HRB 60 ne govori nam mnogo. Očitana vrijednost HRB 60 je bezdimenzionalni broj. Materijal ocijenjen s HRB 59 mekši je od materijala testiranog s HRB 60, a HRB 61 je tvrđi od HRB 60, ali koliko? Ne može se kvantificirati poput volumena (mjereno u decibelima), momenta (mjereno u funti-stopama), brzine (mjera crveno u udaljenosti u odnosu na vrijeme), ili UTS (mjereno u funtama po kvadratnom inču). Očitavanje HRB 60 ne govori nam ništa konkretno. Ovo je svojstvo materijala, ali ne i fizičko svojstvo. Drugo, ispitivanje tvrdoće nije prikladno za ponovljivost ili obnovljivost. Procjena dvaju mjesta na ispitnom uzorku, čak i ako su mjesta ispitivanja blizu jedno drugom, često rezultira velikom varijacijom u očitanjima tvrdoće. Ovaj problem otežava priroda testa. Nakon što je položaj izmjeren, ne može se izmjeriti drugi put za provjeru rezultata. Ponovljivost testa nije moguća.
To ne znači da je ispitivanje tvrdoće nezgodno. Zapravo, ono pruža dobar vodič za UTS materijala, te je brz i jednostavan test za izvođenje. Međutim, svi koji su uključeni u specifikaciju, kupnju i proizvodnju cijevi trebaju biti svjesni njegovih ograničenja kao parametra ispitivanja.
Budući da "normalna" cijev nije dobro definirana, kada je to potrebno, proizvođači cijevi je često sužavaju na dvije najčešće korištene čelične cijevi i vrste cijevi definirane u ASTM A513: 1008 i 1010. Čak i nakon eliminacije svih drugih vrsta cijevi, mogućnosti u pogledu mehaničkih svojstava ove dvije vrste cijevi su širom otvorene. Zapravo, ove vrste cijevi imaju najširi raspon mehaničkih svojstava bilo koje vrste.
Na primjer, cijev je opisana kao mekana ako je MYS nizak, a istezanje veliko, što znači da ima bolje rezultate pri rastezanju, savijanju i postavljanju od cijevi opisane kao tvrde, koja ima relativno visok MYS i relativno malo istezanje. To je slično razlici između meke i tvrde žice, kao što su vješalice za kapute i svrdla.
Samo istezanje još je jedan čimbenik koji ima značajan utjecaj na kritične primjene cijevi. Cijevi s velikim istezanjem mogu izdržati vlačne sile;materijali s niskim istezanjem su krtiji i stoga skloniji katastrofalnim lomovima uslijed zamora. Međutim, rastezanje nije izravno povezano s UTS-om, što je jedino mehaničko svojstvo izravno povezano s tvrdoćom.
Zašto se mehanička svojstva cijevi toliko razlikuju? Prvo, kemijski sastav je drugačiji. Čelik je čvrsta otopina željeza i ugljika i drugih važnih legura. Radi jednostavnosti, ovdje ćemo se baviti samo postocima ugljika. Atomi ugljika zamjenjuju neke od atoma željeza, tvoreći kristalnu strukturu čelika. ASTM 1008 je sveobuhvatna primarna klasa s udjelom ugljika od 0% do 0,10%. Nula je vrlo poseban broj koji proizvodi jedinstvena svojstva kada je sadržaj ugljika u čeliku ultra nizak. ASTM 1010 navodi sadržaj ugljika između 0,08% i 0,13%. Ove razlike ne izgledaju velike, ali su dovoljno velike da naprave veliku razliku drugdje.
Drugo, čelična cijev može biti proizvedena ili izrađena i naknadno obrađena u sedam različitih proizvodnih procesa. ASTM A513 koji se odnosi na proizvodnju ERW cijevi navodi sedam vrsta:
Ako kemijski sastav čelika i koraci proizvodnje cijevi nemaju utjecaja na tvrdoću čelika, što je? Odgovaranje na ovo pitanje znači proučavanje detalja. Ovo pitanje postavlja još dva pitanja: Koji detalji i koliko blizu?
Pojedinosti o zrncima koja čine čelik prvi su odgovor. Kada se čelik proizvodi u primarnoj čeličani, on se ne hladi u golemi blok s jednom jedinom značajkom. Kako se čelik hladi, molekule čelika se organiziraju u ponavljajuće uzorke (kristale), slično kao što nastaju snježne pahulje. Nakon što se formiraju kristali, oni se okupljaju u skupine koje se nazivaju zrnca. Kako hlađenje napreduje, zrnca rastu i formiraju se po cijelom listu ili ploči. Zrnca prestaju rasti kako zadnje molekule čelika apsorbiraju zrnca. Sve se to događa na mikroskopskoj razini jer je prosječna veličina čeličnog zrna široka oko 64 µ ili 0,0025 inča. Iako je svako zrno slično sljedećem, ona nisu ista. Neznatno se razlikuju u veličini, orijentaciji i sadržaju ugljika. Sučelje između zrna naziva se granica zrna. Kada čelik otkaže, na primjer zbog pukotina uslijed zamora, ima tendenciju pucanja il duž granica zrna.
Koliko daleko morate gledati da biste vidjeli vidljiva zrnca? Dovoljno je povećanje od 100x ili ljudski vid od 100x. Međutim, samo gledanje neobrađenog čelika pri 100 puta većoj snazi ​​ne otkriva mnogo. Uzorak se priprema poliranjem uzorka i nagrizanjem površine kiselinom (obično dušičnom kiselinom i alkoholom) koja se naziva nitroetanolom.
Zrna i njihova unutarnja rešetka određuju udarnu čvrstoću, MYS, UTS i istezanje koje čelik može izdržati prije nego što dođe do kvara.
Koraci proizvodnje čelika, kao što je vruće i hladno valjanje trake, naprežu strukturu zrna;ako trajno mijenjaju oblik, to znači da naprezanje deformira zrno. Ostali koraci obrade, kao što je namotavanje čelika u zavojnice, njegovo odmotavanje i deformiranje čeličnih zrna kroz mlin za cijevi (kako bi se oblikovala i dimenzionirala cijev). Hladno izvlačenje cijevi na trn također vrši pritisak na materijal, kao i koraci proizvodnje kao što su oblikovanje krajeva i savijanje. Promjene u strukturi zrna nazivaju se dislokacije.
Gornji koraci smanjuju duktilnost čelika, što je njegova sposobnost da izdrži vlačna (povlačenja) naprezanja. Čelik postaje krt, što znači da je vjerojatnije da će se slomiti ako nastavite raditi na njemu. Istezanje je jedna komponenta duktilnosti (stlačivost je druga). Važno je razumjeti da se kvar najčešće događa tijekom vlačnog naprezanja, a ne kompresije. Čelik je vrlo otporan na vlačno naprezanje zbog svoje relativno relativno visoke otpornosti. visoka sposobnost istezanja. Međutim, čelik se lako deformira pod tlačnim naprezanjem – duktilan je – što je prednost.
Beton ima visoku tlačnu čvrstoću, ali nisku duktilnost u usporedbi s betonom. Ta su svojstva suprotna onima od čelika. Zato je beton koji se koristi za ceste, zgrade i nogostupe često opremljen armaturom. Rezultat je proizvod s čvrstoćom dvaju materijala: čelik je čvrst pod pritiskom, a beton pod pritiskom.
Tijekom hladne obrade, kako rastegljivost čelika opada, njegova se tvrdoća povećava. Drugim riječima, on će očvrsnuti. Ovisno o situaciji, to može biti prednost;međutim, to može biti nedostatak jer se tvrdoća izjednačava s krtošću. To jest, kako čelik postaje tvrđi, postaje manje elastičan;stoga je vjerojatnije da neće uspjeti.
Drugim riječima, svaki korak procesa troši nešto od duktilnosti cijevi. Postaje tvrđa kako dio radi, a ako je pretvrd, u osnovi je beskoristan. Tvrdoća je krtost, a krta cijev vjerojatno neće uspjeti kada se koristi.
Ima li proizvođač ikakvih opcija u ovom slučaju? Ukratko, da. Ta opcija je žarenje, i iako nije baš čarobna, najbliža je magiji koliko god možete.
Laički rečeno, žarenje uklanja sve učinke fizičkog naprezanja na metal. Ovaj proces zagrijava metal do temperature za smanjenje naprezanja ili rekristalizacije, čime se eliminiraju dislokacije. Ovisno o specifičnoj temperaturi i vremenu korištenom u procesu žarenja, proces tako vraća dio ili cijelu njegovu duktilnost.
Žarenje i kontrolirano hlađenje potiču rast zrna. Ovo je korisno ako je cilj smanjiti krtost materijala, ali nekontrolirani rast zrna može previše omekšati metal, čineći ga neupotrebljivim za namjeravanu upotrebu. Zaustavljanje procesa žarenja još je jedna gotovo magična stvar. Kaljenje na pravoj temperaturi s pravim sredstvom za gašenje u pravo vrijeme dovodi proces do brzog zaustavljanja kako bi se postigla svojstva oporavka čelika.
Trebamo li odustati od specifikacije tvrdoće? ne. Karakteristike tvrdoće su vrijedne prvenstveno kao referentna točka pri specifikaciji čeličnih cijevi. Korisna mjera, tvrdoća je jedna od nekoliko karakteristika koje treba specificirati prilikom naručivanja cjevastog materijala i provjeriti po primitku (i treba ih zabilježiti sa svakom pošiljkom). Kada je inspekcija tvrdoće standard inspekcije, trebala bi imati odgovarajuće vrijednosti na ljestvici i kontrolne raspone.
Međutim, to nije pravi test za kvalificiranje (prihvaćanje ili odbijanje) materijala. Osim tvrdoće, proizvođači bi trebali povremeno testirati pošiljke kako bi odredili druga relevantna svojstva, kao što su MYS, UTS ili minimalno istezanje, ovisno o primjeni cijevi.
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 postao je prvi časopis posvećen industriji metalnih cijevi 1990. godine. Danas je to jedina publikacija u Sjevernoj Americi posvećena industriji i postao je najpouzdaniji izvor informacija za profesionalce u proizvodnji cijevi.
Sada uz potpuni pristup digitalnom izdanju The FABRICATOR-a, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Digitalno izdanje The Tube & Pipe Journal sada je u potpunosti dostupno, pružajući jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Uživajte u potpunom pristupu digitalnom izdanju časopisa STAMPING Journal, koji pruža najnovija tehnološka dostignuća, najbolje prakse i vijesti iz industrije za tržište metalnih žigosanja.
Uživajte u potpunom pristupu digitalnom izdanju The Additive Report da biste saznali kako se aditivna proizvodnja može koristiti za poboljšanje operativne učinkovitosti i povećanje profita.
Sada uz potpuni pristup digitalnom izdanju The Fabricator en Español, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.