Dažādiem testa protokoliem (Brinela, Rokvela, Vikera) ir procedūras, kas ir specifiskas testējamajam projektam. Rokvela T tests ir piemērots plānsienu cauruļu pārbaudei, pārgriežot cauruli gareniski un pārbaudot sienu no iekšējā diametra, nevis ārējā diametra.
Cauruļu pasūtīšana ir nedaudz līdzīga došanās uz automašīnu tirdzniecības vietu un automašīnas vai kravas automašīnas pasūtīšanai. Mūsdienās daudzās pieejamās iespējas ļauj pircējiem pielāgot transportlīdzekli dažādos veidos — salona un virsbūves krāsas, salona apdares paketes, virsbūves stila iespējas, spēka piedziņas izvēles un audio sistēma, kas gandrīz konkurē ar mājas izklaides sistēmu. Ņemot vērā visas šīs iespējas, jūs, iespējams, nebūsiet apmierināts ar standarta, vienkāršu transportlīdzekli.
Tērauda caurules ir tieši tādas. Tam ir tūkstošiem iespēju vai specifikāciju. Papildus izmēriem specifikācijā ir uzskaitītas ķīmiskās un vairākas mehāniskās īpašības, piemēram, minimālā tecēšanas robeža (MYS), galīgā stiepes izturība (UTS) un minimālais pagarinājums pirms pārrāvuma. Tomēr daudzi nozarē — inženieri, iepirkumu aģenti un ražotāji — izmanto pieņemtus nozares saīsinājumus, kas prasa izmantot “parastu” metinātu cauruli un norāda tikai vienu raksturlielumu: cietību.
Pamēģiniet pasūtīt automašīnu pēc vienas īpašības ("Man vajag automašīnu ar automātisko pārnesumkārbu"), un ar pārdevēju tālu netiksiet. Viņam jāaizpilda pasūtījuma veidlapa ar daudzām iespējām. Caurules ir tieši tādas – lai iegūtu pareizo cauruli konkrētajam pielietojumam, cauruļu ražotājam ir nepieciešama vairāk informācijas nekā tikai cietība.
Kā cietība kļūst par atzītu citu mehānisko īpašību aizstājēju? Iespējams, tas sākās ar cauruļu ražotāju. Tā kā cietības pārbaude ir ātra, vienkārša un prasa salīdzinoši lētu aprīkojumu, cauruļu pārdevēji bieži izmanto cietības pārbaudi, lai salīdzinātu divas caurules. Lai veiktu cietības pārbaudi, viss, kas nepieciešams, ir gluds caurules gabals un testa stends.
Caurules cietība labi korelē ar UTS, un parasti procenti vai procentu diapazoni ir noderīgi MYS novērtēšanā, tāpēc ir viegli saprast, kā cietības pārbaude var būt piemērots citu īpašību rādītājs.
Arī citi testi ir samērā sarežģīti. Lai gan cietības pārbaude vienā iekārtā aizņem tikai apmēram minūti, MYS, UTS un stiepes pārbaude prasa parauga sagatavošanu un ievērojamus ieguldījumus lielā laboratorijas aprīkojumā. Salīdzinājumam, cauruļu dzirnavu operatoram cietības pārbaude aizņem dažas sekundes, bet profesionālam metalurģijas tehniķim stiepes pārbaude aizņem stundas. Cietības pārbaudi veikt nav grūti.
Tas nenozīmē, ka inženiertehnisko cauruļu ražotāji neizmanto cietības testēšanu. Var droši apgalvot, ka vairums cilvēku to dara, taču, tā kā viņi visām savām testa iekārtām veic atkārtojamības un reproducējamības novērtējumus, viņi labi apzinās testa ierobežojumus. Lielākā daļa izmanto cauruļu cietības novērtēšanu kā daļu no ražošanas procesa, taču neizmanto to, lai kvantitatīvi noteiktu cauruļu īpašības. Šis ir tikai pārbaudes tests, kas atbilst prasībām/neatbilst prasībām.
Kāpēc jums jāzina par MYS, UTS un minimālo pagarinājumu? Tie norāda, kā caurule uzvedīsies montāžas laikā.
MYS ir minimālais spēks, kas izraisa materiāla paliekošu deformāciju. Ja mēģināsiet nedaudz saliekt taisnu stiepli (piemēram, drēbju pakaramo) un atbrīvot spiedienu, notiks viena no divām lietām: tā atgriezīsies sākotnējā stāvoklī (taisna) vai arī paliks saliekta. Ja tā joprojām ir taisna, jūs neesat ticis tālāk par MYS. Ja tā joprojām ir saliekta, jūs esat to pārsnieguši.
Tagad ar knaiblēm sastipriniet abus stieples galus. Ja varat saplēst stiepli divos gabalos, esat pārsnieguši tās UTS (ultracelulāro stieples izmēru). Ja tai pieliekat lielu spriegumu, jums ir divi stieples, lai parādītu savu pārcilvēcisko piepūli. Ja stieples sākotnējais garums ir 5 collas (12,7 cm), un abi garumi pēc saplīšanas summējas līdz 6 collām (15,7 cm), stieple ir izstiepta par 1 collu (20%). Faktiskais pagarinājuma tests tiek mērīts 2 collu (5 cm) attālumā no saplīšanas vietas, bet lai nu kā — stieples izstiepšanas koncepcija ilustrē UTS.
Tērauda fotomikrogrāfiju paraugi ir jāgriež, jāpulē un jākodina, izmantojot viegli skābu šķīdumu (parasti slāpekļskābi un spirtu (nitroetanolu)), lai graudi būtu redzami. Tērauda graudu pārbaudei un graudu lieluma noteikšanai parasti izmanto 100 reižu palielinājumu.
Cietība ir materiāla reakcijas uz triecienu pārbaude. Iedomājieties, ka ievietojat īsu caurules gabalu skrūvspīlēs ar robotām žokļiem un pagriežat skrūvspīles, lai tās aizvērtos. Papildus caurules saplacināšanai skrūvspīles žokļi atstāj arī iespiedumus uz caurules virsmas.
Tādā veidā darbojas cietības tests, taču tas nav tik raupjš. Šim testam ir kontrolēts trieciena lielums un kontrolēts spiediens. Šie spēki deformē virsmu, radot iespiedumu vai iespiedumu. Iespieduma lielums vai dziļums nosaka metāla cietību.
Tērauda novērtēšanai parasti izmanto Brinela, Vikersa un Rokvela cietības testus. Katram no tiem ir sava skala, un dažiem ir vairākas testa metodes, piemēram, Rokvela A, B un C. Tērauda caurulēm ASTM specifikācijā A513 ir atsauce uz Rokvela B testu (saīsināti HRB vai RB). Rokvela B tests mēra tērauda iespiešanās starpību ar 1⁄16 collu diametra tērauda lodīti starp nelielu priekšslodzi un primāro slodzi 100 kgf. Tipisks rezultāts standarta mīkstajam tēraudam ir HRB 60.
Materiālzinātnieki zina, ka cietība ir lineāri saistīta ar metināšanas izturību (UTS). Tāpēc dotā cietība var paredzēt UTS. Tāpat cauruļu ražotāji zina, ka MYS un UTS ir saistīti. Metinātām caurulēm MYS parasti ir no 70% līdz 85% no UTS. Precīzs daudzums ir atkarīgs no caurules ražošanas procesa. HRB 60 cietība korelē ar UTS 60 000 mārciņu uz kvadrātcollu (PSI) un MYS 80% jeb 48 000 PSI.
Visizplatītākā cauruļu specifikācija vispārējā ražošanā ir maksimālā cietība. Papildus izmēram inženieris rūpējās par to, lai norādītu metinātas elektriskās pretestības metinājuma (ERW) caurules atbilstību labam darba diapazonam, kā rezultātā detaļas rasējumā varētu parādīties maksimālā cietība, iespējams, HRB 60. Jau šis lēmums vien noved pie virknes galīgo mehānisko īpašību, tostarp pašas cietības.
Pirmkārt, HRB 60 cietība neko daudz neizsaka. HRB 60 rādījums ir bezdimensiju skaitlis. Ar HRB 59 novērtētais materiāls ir mīkstāks nekā ar HRB 60 testētais materiāls, un HRB 61 ir cietāks par HRB 60, bet par cik? To nevar kvantificēt tāpat kā tilpumu (mērīts decibelos), griezes momentu (mērīts mārciņās-pēdās), ātrumu (mērīts attālumā attiecībā pret laiku) vai UTS (mērīts mārciņās uz kvadrātcollu). HRB 60 rādījums neko konkrētu nepasaka. Tā ir materiāla īpašība, bet ne fiziska īpašība. Otrkārt, cietības pārbaude nav piemērota atkārtojamībai vai reproducējamībai. Divu atrašanās vietu novērtēšana testa paraugā, pat ja testa vietas atrodas tuvu viena otrai, bieži vien rada lielas cietības rādījumu atšķirības. Šo problēmu sarežģī testa būtība. Pēc pozīcijas mērīšanas to nevar izmērīt otro reizi, lai pārbaudītu rezultātus. Testa atkārtojamība nav iespējama.
Tas nenozīmē, ka cietības pārbaude ir neērta. Patiesībā tā sniedz labu norādījumu par materiāla cietības pakāpi (UTS), un tā ir ātra un vienkārša pārbaude. Tomēr ikvienam, kas iesaistīts cauruļu noteikšanā, iegādē un ražošanā, jāapzinās tās ierobežojumi kā testa parametram.
Tā kā "parastā" caurule nav precīzi definēta, cauruļu ražotāji vajadzības gadījumā to bieži sašaurina līdz diviem visbiežāk izmantotajiem tērauda cauruļu un cauruļu tipiem, kas definēti ASTM A513: 1008 un 1010. Pat pēc visu pārējo cauruļu tipu izslēgšanas šo divu cauruļu tipu mehānisko īpašību iespējas ir plaši atvērtas. Faktiski šiem cauruļu tipiem ir visplašākais mehānisko īpašību klāsts no visiem cauruļu tipiem.
Piemēram, cauruli raksturo kā mīkstu, ja MYS ir zems un pagarinājums ir augsts, kas nozīmē, ka tai ir labākas stiepes, deformācijas un stiegrojuma īpašības nekā caurulei, kas aprakstīta kā cieta, kurai ir relatīvi augsts MYS un relatīvi zems pagarinājums. Tas ir līdzīgi kā atšķirība starp mīkstu un cietu stiepli, piemēram, mēteļu pakaramajiem un urbjiem.
Pagarinājums pats par sevi ir vēl viens faktors, kam ir būtiska ietekme uz kritiskiem cauruļu pielietojumiem. Caurules ar augstu pagarinājumu var izturēt stiepes spēkus; materiāli ar zemu pagarinājumu ir trauslāki un tāpēc ir vairāk pakļauti katastrofāliem noguruma tipa bojājumiem. Tomēr pagarinājums nav tieši saistīts ar stiepes izturību, kas ir vienīgā mehāniskā īpašība, kas tieši saistīta ar cietību.
Kāpēc cauruļu mehāniskās īpašības tik ļoti atšķiras? Pirmkārt, atšķiras ķīmiskais sastāvs. Tērauds ir ciets dzelzs, oglekļa un citu svarīgu sakausējumu šķīdums. Vienkāršības labad šeit aplūkosim tikai oglekļa procentuālo daudzumu. Oglekļa atomi aizstāj dažus dzelzs atomus, veidojot tērauda kristālisko struktūru. ASTM 1008 ir visaptveroša primārā marka ar oglekļa saturu no 0% līdz 0,10%. Nulle ir ļoti īpašs skaitlis, kas rada unikālas īpašības, ja oglekļa saturs tēraudā ir īpaši zems. ASTM 1010 norāda oglekļa saturu no 0,08% līdz 0,13%. Šīs atšķirības nešķiet milzīgas, taču tās ir pietiekami lielas, lai radītu lielu atšķirību citur.
Otrkārt, tērauda caurules var izgatavot vai izgatavot un pēc tam apstrādāt septiņos dažādos ražošanas procesos. ASTM A513, kas saistīts ar ERW cauruļu ražošanu, uzskaita septiņus veidus:
Ja tērauda ķīmiskais sastāvs un cauruļu ražošanas posmi neietekmē tērauda cietību, kas tad ir? Atbilde uz šo jautājumu nozīmē iedziļināties detaļās. Šis jautājums rada vēl divus jautājumus: Kādas detaļas un cik precīzi?
Pirmā atbilde ir informācija par graudiem, kas veido tēraudu. Kad tērauds tiek ražots primārajā tēraudlietuvē, tas neatdziest milzīgā blokā ar vienu iezīmi. Tēraudam atdziestot, tērauda molekulas organizējas atkārtotos rakstos (kristālos), līdzīgi kā veidojas sniegpārslas. Pēc kristālu veidošanās tie apvienojas grupās, ko sauc par graudiem. Dzesēšanas gaitā graudi aug un veidojas visā loksnē vai plāksnē. Graudi pārstāj augt, kad graudi absorbē pēdējās tērauda molekulas. Tas viss notiek mikroskopiskā līmenī, jo vidējais tērauda grauda izmērs ir aptuveni 64 µ jeb 0,0025 collas plats. Lai gan katrs grauds ir līdzīgs nākamajam, tie nav vienādi. Tie nedaudz atšķiras pēc izmēra, orientācijas un oglekļa satura. Saskarni starp graudiem sauc par graudu robežu. Kad tērauds sabrūk, piemēram, noguruma plaisu dēļ, tas mēdz sabrukt gar graudu robežām.
Cik tālu jāskatās, lai redzētu saskatāmus graudus? Pietiek ar 100 reižu palielinājumu jeb 100 reižu lielāku cilvēka redzi. Tomēr, vienkārši aplūkojot neapstrādātu tēraudu ar 100 reižu lielāku palielinājumu, daudz ko neatklāj. Paraugu sagatavo, pulējot paraugu un kodinot virsmu ar skābi (parasti slāpekļskābi un spirtu), ko sauc par nitroetanola kodinātāju.
Tieši graudi un to iekšējais režģis nosaka triecienizturību, MYS, UTS un pagarinājumu, ko tērauds var izturēt pirms bojājuma.
Tērauda ražošanas posmi, piemēram, sloksnes karstā un aukstā velmēšana, rada spriegumu graudu struktūrā; ja tās neatgriezeniski maina formu, tas nozīmē, ka spriegums deformē graudus. Citi apstrādes posmi, piemēram, tērauda tīšana ruļļos, ​​tā attīšana un tērauda graudu deformēšana caur cauruļu dzirnavām (lai izveidotu un noteiktu caurules izmēru). Arī caurules aukstā vilkšana uz stieņa rada spiedienu uz materiālu, tāpat kā tādi ražošanas posmi kā galu formēšana un liekšana. Graudu struktūras izmaiņas sauc par dislokācijām.
Iepriekš minētās darbības samazina tērauda elastību, kas ir tā spēja izturēt stiepes (atvēršanas) spriegumu. Tērauds kļūst trausls, kas nozīmē, ka tas, visticamāk, salūzīs, ja turpināsiet ar to strādāt. Pagarinājums ir viena no elastības sastāvdaļām (saspiežamība ir cita). Ir svarīgi saprast, ka bojājumi visbiežāk rodas stiepes sprieguma, nevis saspiešanas laikā. Tērauds ir ļoti izturīgs pret stiepes spriegumu, pateicoties tā relatīvi augstajai pagarinājuma spējai. Tomēr tērauds viegli deformējas spiedes sprieguma ietekmē – tas ir elastīgs –, kas ir priekšrocība.
Betonam ir augsta spiedes izturība, bet zema elastība salīdzinājumā ar betonu. Šīs īpašības ir pretējas tērauda īpašībām. Tāpēc betonam, ko izmanto ceļiem, ēkām un ietvēm, bieži tiek pievienota armatūra. Rezultāts ir produkts ar divu materiālu stiprībām: stiepes ietekmē stiprs ir tērauds, bet spiediena ietekmē – betons.
Aukstās apstrādes laikā, samazinoties tērauda plastiskumam, tā cietība palielinās. Citiem vārdiem sakot, tas sacietēs. Atkarībā no situācijas tā var būt priekšrocība; tomēr tā var būt arī trūkums, jo cietība tiek pielīdzināta trauslumam. Tas nozīmē, ka tēraudam kļūstot cietākam, tas kļūst mazāk elastīgs; tāpēc pastāv lielāka iespēja, ka tas sabojāsies.
Citiem vārdiem sakot, katrs procesa solis patērē daļu no caurules elastības. Tā kļūst cietāka, detaļai strādājot, un, ja tā ir pārāk cieta, tā būtībā ir bezjēdzīga. Cietība ir trauslums, un trausla caurule, visticamāk, sabojāsies, kad to lietos.
Vai ražotājam šajā gadījumā ir kādas iespējas? Īsāk sakot, jā. Šī iespēja ir atkvēlināšana, un, lai gan tā nav gluži maģiska, tā ir tik tuvu maģijai, cik vien iespējams.
Vienkārši sakot, atkvēlināšana novērš visu fiziskā sprieguma ietekmi uz metālu. Šis process uzkarsē metālu līdz sprieguma mazināšanas vai pārkristalizācijas temperatūrai, tādējādi novēršot dislokācijas. Atkarībā no atkvēlināšanas procesā izmantotās temperatūras un laika process tādējādi atjauno daļu vai visu tā plastiskumu.
Atkvēlināšana un kontrolēta dzesēšana veicina graudu augšanu. Tas ir izdevīgi, ja mērķis ir samazināt materiāla trauslumu, taču nekontrolēta graudu augšana var pārāk mīkstināt metālu, padarot to nelietojamu paredzētajam lietojumam. Atkvēlināšanas procesa apturēšana ir vēl viena gandrīz maģiska lieta. Rūdīšana pareizajā temperatūrā ar pareizo rūdīšanas līdzekli pareizajā laikā ātri aptur procesu, lai iegūtu tērauda atgūstamības īpašības.
Vai mums vajadzētu atteikties no cietības specifikācijas? Nē. Cietības raksturlielumi galvenokārt ir vērtīgi kā atskaites punkts, nosakot tērauda caurules. Cietība ir noderīgs mērījums, un tā ir viena no vairākām īpašībām, kas jānorāda, pasūtot cauruļveida materiālu, un jāpārbauda pēc saņemšanas (un jāreģistrē katrā sūtījumā). Ja cietības pārbaude ir pārbaudes standarts, tai jābūt atbilstošām skalas vērtībām un kontroles diapazoniem.
Tomēr tas nav īsts materiāla kvalificēšanas (pieņemšanas vai noraidīšanas) tests. Papildus cietībai ražotājiem laiku pa laikam jāpārbauda sūtījumi, lai noteiktu citas būtiskas īpašības, piemēram, MYS, UTS vai minimālo pagarinājumu, atkarībā no caurules pielietojuma.
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" kļuva par pirmo žurnālu, kas veltīts metāla cauruļu nozarei, 1990. gadā. Mūsdienās tas joprojām ir vienīgais šai nozarei veltītais izdevums Ziemeļamerikā un ir kļuvis par visuzticamāko informācijas avotu cauruļu speciālistiem.
Tagad ar pilnu piekļuvi The FABRICATOR digitālajam izdevumam, ērta piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.
Žurnāla “The Tube & Pipe Journal” digitālais izdevums tagad ir pilnībā pieejams, nodrošinot ērtu piekļuvi vērtīgiem nozares resursiem.
Izbaudiet pilnu piekļuvi STAMPING Journal digitālajam izdevumam, kas sniedz jaunākos tehnoloģiskos sasniegumus, labāko praksi un nozares jaunumus metāla štancēšanas tirgū.
Izbaudiet pilnu piekļuvi The Additive Report digitālajam izdevumam, lai uzzinātu, kā aditīvo ražošanu var izmantot, lai uzlabotu darbības efektivitāti un palielinātu peļņu.
Tagad ar pilnu piekļuvi žurnāla "The Fabricator en Español" digitālajam izdevumam, ērta piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.