Verschillende testprotocollen (Brinell, Rockwell, Vickers) hebben procedures die specifiek zijn voor het te testen project. De Rockwell T-test is geschikt voor het inspecteren van lichtwandbuizen door de buis in de lengte door te snijden en de wand te testen vanaf de binnendiameter in plaats van de buitendiameter.
Het bestellen van een slang is een beetje alsof je naar een autodealer gaat en een auto of vrachtwagen bestelt. Tegenwoordig kunnen kopers met de vele beschikbare opties het voertuig op verschillende manieren aanpassen: interieur- en exterieurkleuren, interieurafwerkingspakketten, stylingopties voor het exterieur, keuzes voor de aandrijflijn en een audiosysteem dat bijna wedijvert met een home entertainment-systeem. Gezien al deze opties, bent u misschien niet tevreden met een standaard, no-nonsense voertuig.
Stalen buizen zijn precies dat. Het heeft duizenden opties of specificaties. Naast afmetingen somt de specificatie chemische en verschillende mechanische eigenschappen op, zoals minimale vloeigrens (MYS), ultieme treksterkte (UTS) en minimale rek vóór falen. Velen in de industrie - ingenieurs, inkoopagenten en fabrikanten - gebruiken echter geaccepteerde industriesteno's die het gebruik van "normale" gelaste buizen vereisen en specificeren slechts één kenmerk: hardheid.
Probeer eens een auto te bestellen op basis van een enkel kenmerk ("Ik heb een auto met automatische transmissie nodig") en met een verkoper kom je niet ver. Hij moet een bestelformulier met veel opties invullen. Pijp is precies dat - om de juiste pijp voor de toepassing te krijgen, heeft de pijpfabrikant meer informatie nodig dan alleen de hardheid.
Hoe wordt hardheid een erkend substituut voor andere mechanische eigenschappen? Het begon waarschijnlijk met een buizenproducent. Omdat hardheidstesten snel en gemakkelijk zijn en relatief goedkope apparatuur vereisen, gebruiken buisverkopers vaak hardheidstests om twee buizen te vergelijken. Om een ​​hardheidstest uit te voeren, hebben ze alleen een gladde buislengte en een testbank nodig.
Buishardheid correleert goed met UTS, en als vuistregel zijn percentages of percentagebereiken nuttig bij het schatten van MYS, dus het is gemakkelijk in te zien hoe hardheidstesten een geschikte proxy kunnen zijn voor andere eigenschappen.
Ook andere tests zijn relatief complex. Terwijl het testen van hardheid slechts een minuut of zo duurt op een enkele machine, vereisen MYS-, UTS- en rektesten monstervoorbereiding en aanzienlijke investeringen in grote laboratoriumapparatuur.
Dit wil niet zeggen dat fabrikanten van geconstrueerde buizen geen hardheidstests gebruiken. Het is veilig om te zeggen dat de meeste mensen dat wel doen, maar omdat ze herhaalbaarheids- en reproduceerbaarheidsbeoordelingen uitvoeren op al hun testapparatuur, zijn ze zich terdege bewust van de beperkingen van de test. De meesten gebruiken het beoordelen van de buishardheid als onderdeel van het productieproces, maar ze gebruiken het niet om buiseigenschappen te kwantificeren. Dit is slechts een pass/fail-test.
Waarom moet u iets weten over MYS, UTS en minimale rek? Ze geven aan hoe de buis zich zal gedragen tijdens de montage.
MYS is de minimale kracht die permanente vervorming van het materiaal veroorzaakt. Als je een rechte draad (zoals een kleerhanger) iets probeert te buigen en de druk laat ontsnappen, gebeuren er twee dingen: hij springt terug naar zijn oorspronkelijke staat (recht) of hij blijft gebogen. Als hij nog steeds recht is, ben je niet voorbij MYS gekomen. Als hij nog steeds gebogen is, heb je hem overschreden.
Gebruik nu een tang om beide uiteinden van de draad vast te klemmen. Als je de draad in twee stukken kunt scheuren, ben je over de UTS heen. Je oefent er veel spanning op uit en je hebt twee draden om je bovenmenselijke inspanning te tonen. Als de oorspronkelijke lengte van de draad 5 inch is, en de twee lengtes na het falen optellen tot 6 inch, wordt de draad uitgerekt met 1 inch, of 20%. TS.
Stalen microfotomonsters moeten worden gesneden, gepolijst en geëtst met een lichtzure oplossing (meestal salpeterzuur en alcohol (nitroethanol)) om de korrels zichtbaar te maken. Een vergroting van 100x wordt vaak gebruikt om staalkorrels te inspecteren en de korrelgrootte te bepalen.
Hardheid is een test van hoe een materiaal reageert op impact. Stel je voor dat je een kort stuk pijp in een bankschroef met gekartelde kaken plaatst en de bankschroef sluit om te sluiten. Naast het platdrukken van de buis, laten de kaken van de bankschroef ook inkepingen achter op het oppervlak van de buis.
Zo werkt de hardheidstest, maar het is niet zo ruw. Deze test heeft een gecontroleerde impactgrootte en gecontroleerde druk. Deze krachten vervormen het oppervlak, waardoor een indrukking of indrukking ontstaat. De grootte of diepte van de indrukking bepaalt de hardheid van het metaal.
Voor het evalueren van staal zijn Brinell, Vickers en Rockwell gebruikelijke hardheidstests. Elk heeft zijn eigen schaal en sommige hebben meerdere testmethoden, zoals Rockwell A, B en C. Voor stalen buizen verwijst ASTM-specificatie A513 naar de Rockwell B-test (afgekort als HRB of RB). De Rockwell B-test meet het verschil in penetratie van staal door een stalen kogel met een diameter van 1⁄16 inch tussen een kleine voorbelasting en een primaire belasting van 100 kgf. zacht staal is HRB 60.
Materiaalwetenschappers weten dat hardheid lineair gerelateerd is aan UTS. Daarom kan een bepaalde hardheid UTS voorspellen. Evenzo weten buisfabrikanten dat MYS en UTS gerelateerd zijn. Voor gelaste buizen is MYS doorgaans 70% tot 85% van UTS. De exacte hoeveelheid hangt af van het proces van het maken van de buis. 8.000 psi.
De meest gebruikelijke buisspecificatie in de algemene productie is maximale hardheid. Naast de maat was de ingenieur bezig met het specificeren van een gelaste elektrisch weerstandsgelaste (ERW) buis binnen een goed werkbereik, wat zou kunnen resulteren in een maximale hardheid van mogelijk HRB 60 die zijn weg vindt naar de componenttekening. Deze beslissing alleen al leidt tot een reeks uiteindelijke mechanische eigenschappen, waaronder de hardheid zelf.
Ten eerste zegt de hardheid van HRB 60 ons niet veel. De lezing HRB 60 is een dimensieloos getal. Het materiaal geëvalueerd met HRB 59 is zachter dan het materiaal getest met HRB 60, en HRB 61 is harder dan HRB 60, maar met hoeveel? Het lezen van HRB 60 vertelt ons niets specifieks. Dit is een eigenschap van het materiaal, maar geen fysieke eigenschap. Ten tweede is hardheidstest niet geschikt voor herhaalbaarheid of reproduceerbaarheid. Het evalueren van twee locaties op een testmonster, zelfs als de testlocaties dicht bij elkaar liggen, resulteert vaak in een grote variatie in hardheidsmetingen. Dit probleem wordt nog versterkt door de aard van de test. Nadat een positie is gemeten, kan deze niet een tweede keer worden gemeten om de resultaten te verifiëren. est herhaalbaarheid is niet mogelijk.
Dit betekent niet dat hardheidstesten onhandig zijn. Het biedt zelfs een goede leidraad voor de UTS van een materiaal en het is een snelle en gemakkelijke test om uit te voeren. Iedereen die betrokken is bij het specificeren, kopen en vervaardigen van buizen moet zich echter bewust zijn van de beperkingen ervan als testparameter.
Omdat "normale" pijp niet goed gedefinieerd is, beperken pijpfabrikanten het indien nodig vaak tot de twee meest gebruikte stalen pijp en pijptypes gedefinieerd in ASTM A513: 1008 en 1010. Zelfs na het elimineren van alle andere buistypes, zijn de mogelijkheden in termen van mechanische eigenschappen van deze twee buistypes wijd open. In feite hebben deze buistypes het breedste scala aan mechanische eigenschappen van elk type.
Een buis wordt bijvoorbeeld beschreven als zacht als MYS laag is en rek hoog, wat betekent dat hij beter presteert op het gebied van trekkracht, doorbuiging en zetting dan een buis beschreven als hard, die een relatief hoge MYS en relatief lage rek heeft. Dit is vergelijkbaar met het verschil tussen zachte en harde draad, zoals kleerhangers en boren.
Verlenging zelf is een andere factor die een aanzienlijke invloed heeft op kritieke buistoepassingen. Buizen met een hoge rek zijn bestand tegen trekkrachten;materialen met een lage rek zijn brosser en daarom vatbaarder voor catastrofale vermoeidheidstypefouten. Rek is echter niet direct gerelateerd aan UTS, wat de enige mechanische eigenschap is die direct verband houdt met hardheid.
Waarom variëren de mechanische eigenschappen van de buizen zo sterk? Ten eerste is de chemische samenstelling anders. Staal is een vaste oplossing van ijzer en koolstof en andere belangrijke legeringen. Voor de eenvoud behandelen we hier alleen koolstofpercentages. Koolstofatomen vervangen een deel van de ijzeratomen en vormen zo de kristalstructuur van staal. ASTM 1008 is een allesomvattende primaire kwaliteit met een koolstofgehalte van 0% tot 0,10%. .ASTM 1010 specificeert een koolstofgehalte tussen 0,08% en 0,13%. Deze verschillen lijken niet enorm, maar ze zijn groot genoeg om elders een groot verschil te maken.
Ten tweede kan de stalen buis worden vervaardigd of vervaardigd en vervolgens worden verwerkt in zeven verschillende fabricageprocessen. ASTM A513 met betrekking tot de productie van ERW-buizen somt zeven typen op:
Als de chemische samenstelling van het staal en de fabricagestappen van de buis geen effect hebben op de hardheid van het staal, wat dan wel? Het beantwoorden van deze vraag betekent dat je je over de details moet buigen. Deze vraag roept nog twee vragen op: welke details en hoe dichtbij?
Details over de korrels waaruit het staal bestaat, zijn het eerste antwoord. Wanneer staal wordt gemaakt in een primaire staalfabriek, koelt het niet af tot een enorm blok met een enkel kenmerk. Terwijl het staal afkoelt, organiseren de moleculen van het staal zich in zich herhalende patronen (kristallen), vergelijkbaar met hoe sneeuwvlokken ontstaan. Nadat kristallen zijn gevormd, aggregeren ze tot groepen die korrels worden genoemd. microscopisch niveau omdat de gemiddelde grootte van een staalkorrel ongeveer 64 µ of 0,0025 inch breed is. Hoewel elke korrel vergelijkbaar is met de volgende, zijn ze niet hetzelfde. Ze variëren enigszins in grootte, oriëntatie en koolstofgehalte.
Hoe ver moet je kijken om waarneembare korrels te zien? 100x vergroting, of 100x menselijk zicht, is voldoende. Alleen al kijken naar onbehandeld staal met 100 keer de kracht onthult niet veel. Het monster wordt voorbereid door het monster te polijsten en het oppervlak te etsen met een zuur (meestal salpeterzuur en alcohol), een zogenaamde nitroethanol-etsmiddel.
Het zijn de korrels en hun interne rooster die de slagvastheid, MYS, UTS en rek bepalen die een staal kan weerstaan ​​voordat het bezwijkt.
Staalproductiestappen, zoals warm en koud walsen van band, oefenen spanning uit op de korrelstructuur;als ze permanent van vorm veranderen, betekent dit dat de spanning de korrel vervormt. Andere verwerkingsstappen, zoals het oprollen van het staal tot spiralen, het afrollen en het vervormen van de staalkorrels door een buismolen (om de buis te vormen en op maat te maken). Koudtrekken van de buis op de doorn oefent ook druk uit op het materiaal, evenals productiestappen zoals het vormen en buigen van de uiteinden. Veranderingen in de korrelstructuur worden dislocaties genoemd.
De bovenstaande stappen tasten de ductiliteit van het staal aan, wat het vermogen is om trekspanning (opentrekken) te weerstaan. Staal wordt bros, wat betekent dat de kans groter is dat het breekt als u eraan blijft werken. Rek is een onderdeel van ductiliteit (samendrukbaarheid is een andere). is ductiel – wat een voordeel is.
Beton heeft een hoge druksterkte maar een lage ductiliteit in vergelijking met beton. Deze eigenschappen zijn tegengesteld aan die van staal. Daarom wordt beton voor wegen, gebouwen en trottoirs vaak voorzien van wapeningsstaven. Het resultaat is een product met de sterke punten van twee materialen: onder spanning is staal sterk en onder druk beton.
Tijdens koud bewerken neemt de taaiheid van het staal af naarmate de hardheid ervan toeneemt. Met andere woorden, het zal uitharden. Afhankelijk van de situatie kan dit een voordeel zijn;het kan echter een nadeel zijn, aangezien hardheid wordt gelijkgesteld met brosheid. Dat wil zeggen, naarmate staal harder wordt, wordt het minder elastisch;daarom is de kans groter dat het mislukt.
Met andere woorden, elke processtap verbruikt een deel van de ductiliteit van de pijp. Het wordt harder naarmate het onderdeel werkt, en als het te hard is, is het eigenlijk nutteloos.
Heeft de fabrikant in dit geval opties? Kortom, ja. Die optie is uitgloeien, en hoewel het niet helemaal magisch is, komt het zo dicht bij magie als je kunt krijgen.
In termen van de leek verwijdert uitgloeien alle effecten van fysieke spanning op het metaal. Dit proces verwarmt het metaal tot een spanningsverlichtings- of herkristallisatietemperatuur, waardoor dislocaties worden geëlimineerd. Afhankelijk van de specifieke temperatuur en tijd die in het uitgloeiproces wordt gebruikt, herstelt het proces dus een deel of alle ductiliteit.
Gloeien en gecontroleerde koeling bevorderen de korrelgroei. Dit is gunstig als het doel is om de broosheid van het materiaal te verminderen, maar ongecontroleerde korrelgroei kan het metaal te veel verzachten, waardoor het onbruikbaar wordt voor het beoogde gebruik. Het stoppen van het gloeiproces is ook bijna magisch. Afschrikken op de juiste temperatuur met het juiste blusmiddel op het juiste moment brengt het proces tot een snelle stop om de hersteleigenschappen van het staal te krijgen.
Moeten we de hardheidsspecificatie laten vallen? nee. Hardheidskenmerken zijn in de eerste plaats waardevol als referentiepunt bij het specificeren van stalen buizen. Een nuttige maatstaf, hardheid is een van de vele kenmerken die moeten worden gespecificeerd bij het bestellen van buismateriaal en moeten worden gecontroleerd bij ontvangst (en moeten bij elke zending worden geregistreerd). Wanneer hardheidsinspectie de inspectiestandaard is, moet deze de juiste schaalwaarden en controlebereiken hebben.
Het is echter geen echte test voor het kwalificeren (accepteren of afkeuren) van materiaal. Naast hardheid moeten fabrikanten af ​​en toe zendingen testen om andere relevante eigenschappen te bepalen, zoals MYS, UTS of minimale rek, afhankelijk van de toepassing van de buis.
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 werd in 1990 het eerste tijdschrift dat zich toelegde op het bedienen van de metalen buizenindustrie. Tegenwoordig is het de enige publicatie in Noord-Amerika die aan de industrie is gewijd en is het de meest vertrouwde bron van informatie voor pijpprofessionals geworden.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The FABRICATOR, gemakkelijke toegang tot waardevolle bronnen uit de industrie.
De digitale editie van The Tube & Pipe Journal is nu volledig toegankelijk en biedt gemakkelijke toegang tot waardevolle bronnen uit de industrie.
Geniet van volledige toegang tot de digitale editie van STAMPING Journal, die de nieuwste technologische ontwikkelingen, best practices en branchenieuws voor de metaalstempelmarkt biedt.
Profiteer van volledige toegang tot de digitale editie van The Additive Report om te ontdekken hoe additive manufacturing kan worden gebruikt om de operationele efficiëntie te verbeteren en de winst te verhogen.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The Fabricator en Español, gemakkelijke toegang tot waardevolle bronnen uit de industrie.