Berbagai protokol uji (Brinell, Rockwell, Vickers) memiliki prosedur khusus untuk proyek yang diuji. Uji Rockwell T cocok untuk memeriksa tabung dinding ringan dengan memotong tabung secara memanjang dan menguji dinding dari diameter dalam daripada diameter luar.
Memesan tabung agak mirip dengan pergi ke dealer mobil dan memesan mobil atau truk. Saat ini, banyak pilihan yang tersedia memungkinkan pembeli menyesuaikan kendaraan dengan berbagai cara — warna interior dan eksterior, paket trim interior, pilihan gaya eksterior, pilihan powertrain, dan sistem audio yang hampir menyaingi sistem hiburan rumah. Mengingat semua pilihan ini, Anda mungkin tidak puas dengan kendaraan standar tanpa embel-embel.
Pipa baja hanya itu. Ia memiliki ribuan opsi atau spesifikasi. Selain dimensi, spesifikasi mencantumkan sifat kimiawi dan beberapa sifat mekanik seperti kekuatan luluh minimum (MYS), kekuatan tarik ultimat (UTS), dan perpanjangan minimum sebelum kegagalan. Namun, banyak di industri—insinyur, agen pembelian, dan produsen—menggunakan singkatan industri yang diterima yang memerlukan penggunaan pipa las "normal" dan hanya menentukan satu karakteristik: kekerasan.
Cobalah memesan mobil dengan satu karakteristik (“Saya butuh mobil dengan transmisi otomatis”) dan Anda tidak akan terlalu jauh dengan penjual. Dia harus mengisi formulir pemesanan dengan banyak pilihan. Pipa hanya itu – untuk mendapatkan pipa yang tepat untuk aplikasinya, pabrikan pipa memerlukan informasi lebih dari sekadar kekerasan.
Bagaimana kekerasan menjadi pengganti yang diakui untuk sifat mekanik lainnya? Ini mungkin dimulai dengan produsen pipa. Karena pengujian kekerasan cepat, mudah, dan membutuhkan peralatan yang relatif murah, penjual tabung sering menggunakan pengujian kekerasan untuk membandingkan dua tabung. Untuk melakukan uji kekerasan, yang mereka butuhkan hanyalah panjang pipa yang halus dan dudukan uji.
Kekerasan tabung berkorelasi baik dengan UTS, dan sebagai patokan, persentase atau rentang persentase sangat membantu dalam memperkirakan MYS, sehingga mudah untuk melihat bagaimana pengujian kekerasan dapat menjadi proksi yang sesuai untuk properti lainnya.
Selain itu, pengujian lainnya relatif kompleks. Meskipun pengujian kekerasan hanya membutuhkan sekitar satu menit pada satu mesin, pengujian MYS, UTS, dan elongasi memerlukan persiapan sampel dan investasi yang signifikan dalam peralatan laboratorium besar. Sebagai perbandingan, dibutuhkan beberapa detik bagi operator pabrik tabung untuk melakukan uji kekerasan dan berjam-jam bagi teknisi metalurgi profesional untuk melakukan uji tarik. Tidak sulit untuk melakukan pemeriksaan kekerasan.
Ini bukan untuk mengatakan bahwa produsen pipa yang direkayasa tidak menggunakan pengujian kekerasan. Aman untuk mengatakan bahwa kebanyakan orang melakukannya, tetapi karena mereka mengukur pengulangan dan penilaian reproduktifitas pada semua peralatan pengujian mereka, mereka sangat menyadari keterbatasan pengujian. Sebagian besar menggunakan penilaian kekerasan tabung sebagai bagian dari proses produksi, tetapi mereka tidak menggunakannya untuk mengukur properti tabung. Ini hanyalah uji lulus/gagal.
Mengapa Anda perlu mengetahui tentang MYS, UTS, dan elongasi minimum?Mereka menunjukkan bagaimana tabung akan berperilaku dalam perakitan.
MYS adalah gaya minimum yang menyebabkan deformasi permanen material. Jika Anda mencoba membengkokkan kawat lurus (seperti gantungan baju) sedikit dan melepaskan tekanan, salah satu dari dua hal akan terjadi: kawat akan kembali ke keadaan semula (lurus) atau akan tetap bengkok. Jika masih lurus, Anda belum melewati MYS. Jika masih bengkok, Anda melampauinya.
Sekarang, gunakan tang untuk menjepit kedua ujung kawat. Jika Anda dapat merobek kawat menjadi dua bagian, Anda melewati UTS-nya. Anda memberi banyak tegangan padanya dan Anda memiliki dua kabel untuk menunjukkan upaya manusia super Anda. Jika panjang asli kawat adalah 5 inci, dan dua panjang setelah kegagalan dijumlahkan menjadi 6 inci, kawat diregangkan sebesar 1 inci, atau 20%. Uji perpanjangan yang sebenarnya diukur dalam jarak 2 inci dari titik kegagalan, tetapi apa pun – konsep kawat tarik mengilustrasikan U TS.
Sampel fotomikrograf baja perlu dipotong, dipoles, dan digores menggunakan larutan asam ringan (biasanya asam nitrat dan alkohol (nitroetanol)) untuk membuat butiran terlihat. Pembesaran 100x biasanya digunakan untuk memeriksa butiran baja dan menentukan ukuran butiran.
Kekerasan adalah ujian bagaimana suatu bahan merespons benturan. Bayangkan meletakkan sepotong pipa pendek ke dalam ragum dengan rahang bergerigi dan memutar ragum untuk menutup. Selain meratakan tabung, rahang ragum juga meninggalkan lekukan pada permukaan tabung.
Begitulah cara kerja uji kekerasan, tetapi tidak terlalu kasar. Tes ini memiliki ukuran tumbukan yang terkontrol dan tekanan yang terkontrol. Gaya-gaya ini merusak permukaan, menciptakan lekukan atau lekukan. Ukuran atau kedalaman lekukan menentukan kekerasan logam.
Untuk mengevaluasi baja, uji kekerasan umum adalah Brinell, Vickers, dan Rockwell. Masing-masing memiliki skalanya sendiri, dan beberapa memiliki beberapa metode uji, seperti Rockwell A, B, dan C. Untuk pipa baja, Spesifikasi ASTM A513 merujuk uji Rockwell B (disingkat HRB atau RB). baja ringan standar adalah HRB 60.
Ilmuwan material mengetahui bahwa kekerasan berhubungan secara linier dengan UTS.Oleh karena itu, kekerasan yang diberikan dapat memprediksi UTS.Demikian pula, produsen tabung mengetahui bahwa MYS dan UTS terkait.Untuk pipa yang dilas, MYS biasanya 70% hingga 85% dari UTS.Jumlah pastinya tergantung pada proses pembuatan tabung.Kekerasan HRB 60 berkorelasi dengan UTS sebesar 60.000 pound per inci persegi (PSI) dan MYS sebesar 80%, atau 4 8.000 PSI.
Spesifikasi pipa yang paling umum dalam pembuatan umum adalah kekerasan maksimum. Selain ukuran, insinyur memperhatikan dengan menentukan pipa las tahanan listrik (ERW) yang dilas dalam rentang kerja yang baik, yang dapat menghasilkan kekerasan maksimum yang mungkin HRB 60 menemukan jalannya pada gambar komponen. Keputusan ini sendiri mengarah pada serangkaian sifat mekanik akhir, termasuk kekerasan itu sendiri.
Pertama, kekerasan HRB 60 tidak banyak memberi tahu kita. Pembacaan HRB 60 adalah angka tanpa dimensi. Bahan yang dievaluasi dengan HRB 59 lebih lembut daripada bahan yang diuji dengan HRB 60, dan HRB 61 lebih keras dari HRB 60, tetapi seberapa banyak? Ini tidak dapat diukur seperti volume (diukur dalam desibel), torsi (diukur dalam pound-feet), kecepatan (diukur dalam jarak relatif terhadap waktu), atau UTS (saya dijamin dalam pound per inci persegi).Membaca HRB 60 tidak memberi tahu kami sesuatu yang spesifik.Ini adalah properti material, tetapi bukan properti fisik.Kedua, pengujian kekerasan tidak sesuai untuk keterulangan atau reproduktifitas.Evaluasi dua lokasi pada spesimen uji, bahkan jika lokasi pengujian berdekatan satu sama lain, sering kali menghasilkan variasi besar dalam pembacaan kekerasan.Menggabungkan masalah ini adalah sifat pengujian.Setelah posisi diukur, itu tidak dapat diukur untuk kedua kalinya untuk memverifikasi hasil.Uji pengulangan tidak mungkin.
Ini tidak berarti bahwa pengujian kekerasan tidak nyaman. Faktanya, ini memberikan panduan yang baik untuk UTS material, dan ini merupakan pengujian yang cepat dan mudah dilakukan. Namun, setiap orang yang terlibat dalam menentukan, membeli, dan membuat tabung harus menyadari keterbatasannya sebagai parameter pengujian.
Karena pipa "normal" tidak terdefinisi dengan baik, bila diperlukan, produsen pipa sering mempersempitnya menjadi dua jenis pipa baja dan pipa yang paling umum digunakan yang didefinisikan dalam ASTM A513: 1008 dan 1010.Bahkan setelah menghilangkan semua jenis tabung lainnya, kemungkinan sifat mekanik dari kedua jenis tabung ini terbuka lebar. Faktanya, jenis tabung ini memiliki jangkauan sifat mekanik terluas dari jenis apa pun.
Misalnya, tabung disebut lunak jika MYS rendah dan elongasi tinggi, yang berarti ia bekerja lebih baik dalam tarik, defleksi, dan setel daripada tabung yang digambarkan keras, yang memiliki MYS relatif tinggi dan elongasi relatif rendah. Ini mirip dengan perbedaan antara kawat lunak dan keras, seperti gantungan baju dan bor.
Pemanjangan itu sendiri adalah faktor lain yang berdampak signifikan pada aplikasi pipa kritis. Tabung dengan pemanjangan tinggi dapat menahan gaya tarik;bahan dengan elongasi rendah lebih rapuh dan oleh karena itu lebih rentan terhadap kegagalan tipe kelelahan katastropik. Namun, elongasi tidak terkait langsung dengan UTS, yang merupakan satu-satunya sifat mekanis yang terkait langsung dengan kekerasan.
Mengapa sifat mekanik tabung sangat bervariasi?Pertama, komposisi kimianya berbeda.Baja adalah larutan padat dari besi dan karbon dan paduan penting lainnya.Untuk kesederhanaan, kita hanya akan berurusan dengan persentase karbon di sini.Atom karbon menggantikan beberapa atom besi, membentuk struktur kristal baja.ASTM 1008 adalah grade primer yang mencakup semua dengan kandungan karbon 0% hingga 0,10%.Nol adalah angka yang sangat istimewa yang menghasilkan sifat unik ketika kandungan karbon dalam baja sangat rendah.AST M 1010 menentukan kandungan karbon antara 0,08% dan 0,13%. Perbedaan ini tampaknya tidak besar, tetapi cukup besar untuk membuat perbedaan besar di tempat lain.
Kedua, pipa baja dapat dibuat atau dibuat dan selanjutnya diproses dalam tujuh proses pembuatan yang berbeda. ASTM A513 terkait dengan produksi pipa ERW mencantumkan tujuh jenis:
Jika komposisi kimia dari baja dan langkah-langkah pembuatan tabung tidak berpengaruh pada kekerasan baja, apa itu? Menjawab pertanyaan ini berarti meneliti detailnya. Pertanyaan ini menimbulkan dua pertanyaan lagi: Detail apa, dan seberapa dekat?
Rincian tentang butiran yang membentuk baja adalah jawaban pertama. Ketika baja dibuat di pabrik baja utama, ia tidak mendingin menjadi balok besar dengan satu fitur. Saat baja mendingin, molekul baja tersusun dalam pola berulang (kristal), mirip dengan bagaimana kepingan salju terbentuk. Setelah kristal terbentuk, mereka berkumpul menjadi kelompok yang disebut butiran. Saat pendinginan berlanjut, butiran tumbuh dan terbentuk di seluruh lembaran atau pelat. Butir berhenti tumbuh saat molekul baja terakhir diserap oleh butiran. Semua ini terjadi pada tingkat mikroskopis karena rata-rata ukuran butiran baja sekitar 64 µ atau lebar 0,0025 inci. Meskipun setiap butiran mirip dengan yang berikutnya, mereka tidak sama. Mereka sedikit berbeda dalam ukuran, orientasi, dan kandungan karbon. Antarmuka antara butiran disebut batas butir. Ketika baja gagal, misalnya karena retak lelah, ia cenderung gagal di sepanjang batas butir.
Seberapa jauh Anda harus melihat untuk melihat butiran yang terlihat? Pembesaran 100x, atau 100x penglihatan manusia, sudah cukup. Namun, hanya dengan melihat baja yang tidak diberi perlakuan pada 100 kali kekuatannya tidak mengungkapkan banyak hal. Sampel disiapkan dengan memoles sampel dan mengetsa permukaannya dengan asam (biasanya asam nitrat dan alkohol) yang disebut pengetsa nitroetanol.
Butiran dan kisi internalnya yang menentukan kekuatan impak, MYS, UTS, dan perpanjangan yang dapat ditahan baja sebelum gagal.
Langkah-langkah pembuatan baja, seperti penggulungan strip panas dan dingin, menerapkan tekanan ke dalam struktur butiran;jika mereka berubah bentuk secara permanen, ini berarti bahwa tegangan mengubah bentuk butiran. Langkah-langkah pemrosesan lainnya, seperti menggulung baja menjadi gulungan, melepaskannya, dan mengubah bentuk butiran baja melalui gilingan tabung (untuk membentuk dan mengukur tabung). Menggambar dingin tabung pada mandrel juga memberi tekanan pada material, seperti halnya langkah pembuatan seperti pembentukan ujung dan pembengkokan. Perubahan struktur butiran disebut dislokasi.
Langkah-langkah di atas menghabiskan daktilitas baja, yang merupakan kemampuannya untuk menahan tegangan tarik (tarik terbuka). Baja menjadi rapuh, yang berarti lebih mudah patah jika Anda terus mengerjakannya. Pemanjangan adalah salah satu komponen daktilitas (kompresibilitas adalah komponen lainnya). Penting untuk dipahami bahwa keruntuhan paling sering terjadi selama tegangan tarik, bukan kompresi. Baja sangat tahan terhadap tegangan tarik karena kapasitas perpanjangannya yang relatif tinggi. Namun, baja mudah berubah bentuk di bawah tekanan tekan – ia ulet – yaitu keuntungan.
Beton memiliki kuat tekan yang tinggi tetapi daktilitasnya rendah dibandingkan dengan beton. Sifat-sifat ini berlawanan dengan baja. Itu sebabnya beton yang digunakan untuk jalan, bangunan, dan trotoar sering dilengkapi dengan tulangan. Hasilnya adalah produk dengan kekuatan dua bahan: di bawah tegangan, baja kuat, dan di bawah tekanan, beton.
Selama pengerjaan dingin, ketika keuletan baja menurun, kekerasannya meningkat. Dengan kata lain, baja akan mengeras. Bergantung pada situasinya, ini mungkin menguntungkan;namun, ini bisa menjadi kerugian karena kekerasan disamakan dengan kerapuhan. Artinya, saat baja menjadi lebih keras, baja menjadi kurang elastis;oleh karena itu, kemungkinan besar untuk gagal.
Dengan kata lain, setiap langkah proses menghabiskan beberapa keuletan pipa. Semakin sulit saat bagian bekerja, dan jika terlalu keras, pada dasarnya tidak berguna. Kekerasan adalah kerapuhan, dan tabung yang rapuh kemungkinan besar akan gagal saat digunakan.
Apakah pabrikan memiliki opsi dalam hal ini? Singkatnya, ya. Opsi itu adalah anil, dan meskipun tidak terlalu ajaib, ini sedekat mungkin dengan keajaiban yang bisa Anda dapatkan.
Dalam istilah awam, anil menghilangkan semua efek tekanan fisik pada logam. Proses ini memanaskan logam ke suhu penghilang stres atau rekristalisasi, sehingga menghilangkan dislokasi. Bergantung pada suhu dan waktu spesifik yang digunakan dalam proses anil, proses tersebut mengembalikan sebagian atau seluruh keuletannya.
Annealing dan pendinginan terkontrol meningkatkan pertumbuhan butir. Hal ini bermanfaat jika tujuannya adalah untuk mengurangi kerapuhan material, tetapi pertumbuhan butir yang tidak terkendali dapat melunakkan logam terlalu banyak, membuatnya tidak dapat digunakan untuk tujuan yang dimaksudkan. Menghentikan proses anil adalah hal lain yang hampir ajaib. Pendinginan pada suhu yang tepat dengan zat pendinginan yang tepat pada waktu yang tepat membuat proses berhenti dengan cepat untuk mendapatkan sifat pemulihan baja.
Haruskah kita membatalkan spesifikasi kekerasan? tidak. Karakteristik kekerasan berharga terutama sebagai titik referensi saat menentukan pipa baja. Ukuran yang berguna, kekerasan adalah salah satu dari beberapa karakteristik yang harus ditentukan saat memesan bahan tubular dan diperiksa saat diterima (dan harus dicatat dengan setiap pengiriman). Ketika pemeriksaan kekerasan adalah standar pemeriksaan, pemeriksaan tersebut harus memiliki nilai skala dan rentang kontrol yang sesuai.
Namun, ini bukan tes yang sebenarnya untuk kualifikasi (menerima atau menolak) material. Selain kekerasan, pabrikan harus sesekali menguji pengiriman untuk menentukan sifat relevan lainnya, seperti MYS, UTS, atau elongasi minimum, tergantung pada penerapan tabung.
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 menjadi majalah pertama yang didedikasikan untuk melayani industri pipa logam pada tahun 1990. Saat ini, majalah ini tetap menjadi satu-satunya publikasi di Amerika Utara yang didedikasikan untuk industri ini dan telah menjadi sumber informasi paling tepercaya bagi para profesional pipa.
Kini dengan akses penuh ke edisi digital The FABRICATOR, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Edisi digital The Tube & Pipe Journal sekarang dapat diakses sepenuhnya, menyediakan akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Nikmati akses penuh ke edisi digital STAMPING Journal, yang menyediakan kemajuan teknologi terkini, praktik terbaik, dan berita industri untuk pasar metal stamping.
Nikmati akses penuh ke edisi digital The Additive Report untuk mempelajari bagaimana manufaktur aditif dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi operasional dan meningkatkan keuntungan.
Sekarang dengan akses penuh ke edisi digital The Fabricator en Español, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.