Vários protocolos de teste (Brinell, Rockwell, Vickers) possuem procedimentos específicos para o projeto em teste. O teste Rockwell T é adequado para inspecionar tubos de parede leve cortando o tubo longitudinalmente e testando a parede do diâmetro interno em vez do diâmetro externo.
Encomendar uma tubulação é um pouco como ir a uma concessionária de automóveis e encomendar um carro ou caminhão.
Os tubos de aço são exatamente isso.Eles têm milhares de opções ou especificações.Além das dimensões, a especificação lista propriedades químicas e várias propriedades mecânicas, como resistência mínima ao escoamento (MYS), resistência à tração final (UTS) e alongamento mínimo antes da falha.No entanto, muitos na indústria - engenheiros, compradores e fabricantes - usam abreviaturas aceitas da indústria que exigem o uso de tubo soldado "normal" e especificam apenas uma característica: dureza.
Tente encomendar um carro por uma única característica (“preciso de um carro com transmissão automática”) e você não irá muito longe com um vendedor. Ele tem que preencher um formulário de pedido com muitas opções.
Como a dureza se torna um substituto reconhecido para outras propriedades mecânicas? Provavelmente começou com um fabricante de tubos. Como o teste de dureza é rápido, fácil e requer equipamento relativamente barato, os vendedores de tubos costumam usar testes de dureza para comparar dois tubos.
A dureza do tubo se correlaciona bem com o UTS e, como regra geral, as porcentagens ou faixas de porcentagem são úteis para estimar o MYS, por isso é fácil ver como o teste de dureza pode ser um proxy adequado para outras propriedades.
Além disso, outros testes são relativamente complexos. Enquanto o teste de dureza leva apenas um minuto ou mais em uma única máquina, os testes MYS, UTS e alongamento requerem preparação de amostra e investimento significativo em grandes equipamentos de laboratório. Como comparação, leva segundos para um operador de fábrica de tubos realizar um teste de dureza e horas para um técnico metalúrgico profissional realizar um teste de tração. Não é difícil realizar uma verificação de dureza.
Isso não quer dizer que os fabricantes de tubos projetados não usam testes de dureza. É seguro dizer que a maioria das pessoas o faz, mas como eles fazem avaliações de repetibilidade e reprodutibilidade de medição em todos os seus equipamentos de teste, eles estão bem cientes das limitações do teste. A maioria usa a avaliação da dureza do tubo como parte do processo de produção, mas não a utiliza para quantificar as propriedades do tubo. Este é apenas um teste de aprovação/reprovação.
Por que você precisa saber sobre MYS, UTS e alongamento mínimo? Eles indicam como o tubo se comportará na montagem.
MYS é a força mínima que causa a deformação permanente do material. Se você tentar dobrar um fio reto (como um cabide) levemente e liberar a pressão, uma das duas coisas acontecerá: ele voltará ao seu estado original (reto) ou permanecerá dobrado. Se ainda estiver reto, você não ultrapassou o MYS. Se ainda estiver dobrado, você o ultrapassou.
Agora, use um alicate para prender ambas as extremidades do fio. Se você pode rasgar o fio em dois pedaços, você superou o UTS. Você coloca muita tensão nele e tem dois fios para mostrar seu esforço sobre-humano. Se o comprimento original do fio é de 5 polegadas e os dois comprimentos após a falha somam 6 polegadas, o fio é esticado em 1 polegada ou 20%. TS.
Amostras de fotomicrografia de aço precisam ser cortadas, polidas e atacadas usando uma solução levemente ácida (geralmente ácido nítrico e álcool (nitroetanol)) para tornar os grãos visíveis. A ampliação de 100x é comumente usada para inspecionar grãos de aço e determinar o tamanho do grão.
A dureza é um teste de como um material responde ao impacto. Imagine colocar um pequeno pedaço de tubo em uma morsa com garras serrilhadas e girar a morsa para fechar. Além de achatar o tubo, as garras da morsa também deixam entalhes na superfície do tubo.
É assim que o teste de dureza funciona, mas não é tão grosseiro. Este teste tem um tamanho de impacto controlado e pressão controlada. Essas forças deformam a superfície, criando uma indentação ou indentação. O tamanho ou profundidade da indentação determina a dureza do metal.
Para avaliar o aço, os testes de dureza comuns são Brinell, Vickers e Rockwell. Cada um tem sua própria escala e alguns têm vários métodos de teste, como Rockwell A, B e C. Para tubos de aço, a especificação ASTM A513 faz referência ao teste Rockwell B (abreviado como HRB ou RB). aço macio padrão é HRB 60.
Os cientistas de materiais sabem que a dureza está linearmente relacionada ao UTS. Portanto, uma determinada dureza pode prever o UTS. Da mesma forma, os fabricantes de tubos sabem que o MYS e o UTS estão relacionados. Para tubos soldados, o MYS é normalmente de 70% a 85% do UTS. A quantidade exata depende do processo de fabricação do tubo. 48.000 PSI.
A especificação de tubo mais comum na fabricação em geral é a dureza máxima. Além do tamanho, o engenheiro se preocupou em especificar um tubo soldado por resistência elétrica (ERW) dentro de uma boa faixa de trabalho, o que poderia resultar em uma dureza máxima de possivelmente HRB 60 encontrando seu caminho no desenho do componente. Essa decisão por si só leva a uma variedade de propriedades mecânicas finais, incluindo a própria dureza.
Primeiro, a dureza de HRB 60 não nos diz muito.A leitura de HRB 60 é um número adimensional.O material avaliado com HRB 59 é mais macio que o material testado com HRB 60, e HRB 61 é mais duro que HRB 60, mas quanto?Não pode ser quantificado como volume (medido em decibéis), torque (medido em libras-pés), velocidade (medida em distância relativa ao tempo) ou UTS ( medido em libras por polegada quadrada). A leitura de HRB 60 não nos diz nada específico. Esta é uma propriedade do material, mas não uma propriedade física. Em segundo lugar, o teste de dureza não é adequado para repetibilidade ou reprodutibilidade. a repetibilidade não é possível.
Isso não significa que o teste de dureza seja inconveniente. Na verdade, ele fornece um bom guia para o UTS de um material e é um teste rápido e fácil de realizar. No entanto, todos os envolvidos na especificação, compra e fabricação de tubos devem estar cientes de suas limitações como parâmetro de teste.
Como o tubo “normal” não é bem definido, quando necessário, os fabricantes de tubos geralmente o restringem aos dois tipos de tubos e tubos de aço mais comumente usados ​​definidos na ASTM A513: 1008 e 1010. Mesmo após a eliminação de todos os outros tipos de tubos, as possibilidades em termos de propriedades mecânicas desses dois tipos de tubos estão abertas.
Por exemplo, um tubo é descrito como macio se o MYS for baixo e o alongamento for alto, o que significa que ele tem melhor desempenho em tração, deflexão e ajuste do que um tubo descrito como duro, que tem um MYS relativamente alto e alongamento relativamente baixo. Isso é semelhante à diferença entre arame macio e duro, como cabides e brocas.
O próprio alongamento é outro fator que tem um impacto significativo em aplicações críticas de tubos. Tubos com alto alongamento podem suportar forças de tração;materiais com baixo alongamento são mais frágeis e, portanto, mais propensos a falhas catastróficas do tipo fadiga. No entanto, o alongamento não está diretamente relacionado ao UTS, que é a única propriedade mecânica diretamente relacionada à dureza.
Por que as propriedades mecânicas dos tubos variam tanto?Primeiro, a composição química é diferente.O aço é uma solução sólida de ferro, carbono e outras ligas importantes.Para simplificar, trataremos apenas das porcentagens de carbono aqui.Os átomos de carbono substituem alguns dos átomos de ferro, formando a estrutura cristalina do aço.ASTM 1008 é uma classe primária abrangente com um teor de carbono de 0% a 0,10%.Zero é um número muito especial que produz propriedades únicas quando o teor de carbono no aço é ultrabaixo. ASTM 1010 especifica um teor de carbono entre 0,08% e 0,13%. Essas diferenças não parecem enormes, mas são grandes o suficiente para fazer uma grande diferença em outros lugares.
Em segundo lugar, o tubo de aço pode ser fabricado ou fabricado e subsequentemente processado em sete processos de fabricação diferentes. A ASTM A513 relacionada à produção de tubos ERW lista sete tipos:
Se a composição química do aço e as etapas de fabricação do tubo não têm efeito sobre a dureza do aço, o que é? Responder a essa pergunta significa se debruçar sobre os detalhes.
Detalhes sobre os grãos que compõem o aço são a primeira resposta.Quando o aço é feito em uma usina siderúrgica primária, ele não esfria em um grande bloco com uma única característica.À medida que o aço esfria, as moléculas do aço se organizam em padrões repetidos (cristais), semelhantes à forma como os flocos de neve se formam. nível microscópico porque o grão de aço de tamanho médio é de cerca de 64 µ ou 0,0025 polegadas de largura. Embora cada grão seja semelhante ao seguinte, eles não são iguais. Eles variam ligeiramente em tamanho, orientação e teor de carbono. A interface entre os grãos é chamada de limite de grão.
Até onde você precisa olhar para ver os grãos discerníveis? Ampliação de 100x, ou visão humana de 100x, é suficiente. No entanto, apenas olhar para o aço não tratado com 100 vezes a potência não revela muito.
São os grãos e sua rede interna que determinam a resistência ao impacto, MYS, UTS e alongamento que um aço pode suportar antes da falha.
As etapas da fabricação do aço, como a laminação a quente e a frio da tira, aplicam tensão na estrutura do grão;se eles mudarem permanentemente de forma, isso significa que a tensão deforma o grão. Outras etapas de processamento, como enrolar o aço em bobinas, desenrolá-lo e deformar os grãos de aço por meio de um moinho de tubo (para formar e dimensionar o tubo). A trefilação a frio do tubo no mandril também exerce pressão sobre o material, assim como as etapas de fabricação, como conformação final e dobra. Alterações na estrutura do grão são chamadas de deslocamentos.
As etapas acima esgotam a ductilidade do aço, que é sua capacidade de resistir à tensão de tração (abertura).O aço torna-se frágil, o que significa que é mais provável que quebre se você continuar trabalhando nele.O alongamento é um componente da ductilidade (a compressibilidade é outra).É importante entender que a falha ocorre com mais frequência durante a tensão de tração, não na compressão. ile – o que é uma vantagem.
O concreto tem alta resistência à compressão, mas baixa ductilidade em comparação com o concreto.Essas propriedades são opostas às do aço.É por isso que o concreto usado para estradas, prédios e calçadas geralmente é reforçado com vergalhões.O resultado é um produto com a resistência de dois materiais: sob tensão, o aço é resistente e, sob pressão, o concreto.
Durante o trabalho a frio, à medida que a ductilidade do aço diminui, sua dureza aumenta. Ou seja, ele endurece. Dependendo da situação, isso pode ser um benefício;no entanto, pode ser uma desvantagem, pois a dureza é igualada à fragilidade. Ou seja, à medida que o aço se torna mais duro, ele se torna menos elástico;portanto, é mais provável que falhe.
Em outras palavras, cada etapa do processo consome um pouco da ductilidade do tubo. Ele fica mais duro à medida que a peça trabalha e, se for muito duro, é basicamente inútil. Dureza é fragilidade e um tubo frágil provavelmente falhará quando usado.
O fabricante tem alguma opção neste caso? Resumindo, sim. Essa opção é recozimento e, embora não seja exatamente mágica, é o mais próximo possível da mágica.
Em termos leigos, o recozimento remove todos os efeitos do estresse físico no metal. Este processo aquece o metal a uma temperatura de alívio de tensão ou recristalização, eliminando assim os deslocamentos. Dependendo da temperatura específica e do tempo usado no processo de recozimento, o processo restaura parte ou toda a sua ductilidade.
O recozimento e o resfriamento controlado promovem o crescimento do grão. Isso é benéfico se o objetivo for reduzir a fragilidade do material, mas o crescimento descontrolado do grão pode amolecer demais o metal, tornando-o inutilizável para o uso pretendido. Interromper o processo de recozimento é outra coisa quase mágica. A têmpera na temperatura certa com o agente de têmpera certo no momento certo faz com que o processo pare rapidamente para obter as propriedades de recuperação do aço.
Devemos descartar a especificação de dureza?
No entanto, não é um teste verdadeiro para qualificar (aceitar ou rejeitar) material. Além da dureza, os fabricantes devem ocasionalmente testar remessas para determinar outras propriedades relevantes, como MYS, UTS ou alongamento mínimo, dependendo da aplicação do tubo.
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