Diverse protocoale de testare (Brinell, Rockwell, Vickers) au proceduri specifice pentru proiectul testat. Testul Rockwell T este potrivit pentru inspectarea tuburilor de perete ușor prin tăierea tubului pe lungime și testarea peretelui din diametrul interior mai degrabă decât din diametrul exterior.
A comanda un tub este un pic ca a merge la o reprezentanță auto și a comanda o mașină sau un camion. Astăzi, numeroasele opțiuni disponibile permit cumpărătorilor să personalizeze vehiculul într-o varietate de moduri - culori interioare și exterioare, pachete de ornamente interioare, opțiuni de stil exterior, opțiuni de grup motopropulsor și un sistem audio care rivalizează aproape cu un sistem de divertisment la domiciliu. Având în vedere toate aceste opțiuni, este posibil să nu fii mulțumit de un vehicul standard.
Țevile de oțel sunt doar atât. Are mii de opțiuni sau specificații. În plus față de dimensiuni, specificația enumeră proprietăți chimice și mecanice, cum ar fi limita de curgere minimă (MYS), rezistența maximă la tracțiune (UTS) și alungirea minimă înainte de eșuare. Cu toate acestea, mulți din industrie - ingineri, agenți de achiziție și producători - folosesc țevile acceptate în industrie, care necesită utilizarea unei singure caracteristici sudate și normale.
Încercați să comandați o mașină după o singură caracteristică („Am nevoie de o mașină cu transmisie automată”) și nu veți ajunge prea departe cu un vânzător. El trebuie să completeze un formular de comandă cu multe opțiuni. Țeava este doar atât – pentru a obține țeava potrivită pentru aplicație, producătorul de țevi are nevoie de mai multe informații decât doar duritate.
Cum devine duritatea un înlocuitor recunoscut pentru alte proprietăți mecanice? Probabil că a început cu un producător de țevi. Deoarece testarea durității este rapidă, ușoară și necesită echipamente relativ ieftine, vânzătorii de tuburi folosesc adesea testarea durității pentru a compara două tuburi. Pentru a efectua un test de duritate, tot ce au nevoie este o lungime netedă a țevii și un stand de testare.
Duritatea tubului se corelează bine cu UTS și, de regulă, procentele sau intervalele procentuale sunt utile în estimarea MYS, așa că este ușor de văzut cum testarea durității poate fi un proxy potrivit pentru alte proprietăți.
De asemenea, alte teste sunt relativ complexe. În timp ce testarea durității durează aproximativ un minut pe o singură mașină, testarea MYS, UTS și alungirea necesită pregătirea probei și investiții semnificative în echipamente mari de laborator. Ca o comparație, este nevoie de câteva secunde pentru ca un operator al unei fabrici de tuburi să efectueze un test de duritate și ore pentru ca un tehnician metalurgic profesionist să efectueze un test de tracțiune. Nu este dificil să efectueze o verificare a durității.
Acest lucru nu înseamnă că producătorii de țevi nu folosesc teste de duritate. Este sigur să spunem că majoritatea oamenilor o fac, dar pentru că efectuează evaluări de repetabilitate și reproductibilitate pe toate echipamentele lor de testare, sunt bine conștienți de limitările testului. Majoritatea folosesc evaluarea durității tubului ca parte a procesului de producție, dar nu o folosesc pentru a cuantifica proprietățile tubului de testare.
De ce trebuie să știți despre MYS, UTS și alungirea minimă? Acestea indică cum se va comporta tubul în asamblare.
MYS este forța minimă care provoacă deformarea permanentă a materialului. Dacă încercați să îndoiți ușor un fir drept (precum un cuier) și să eliberați presiunea, se va întâmpla unul din două lucruri: va reveni la starea inițială (dreaptă) sau va rămâne îndoit. Dacă este încă drept, nu ați trecut de MYS. Dacă este încă îndoit.
Acum, folosiți cleștele pentru a prinde ambele capete ale firului. Dacă puteți rupe firul în două bucăți, ați depășit UTS-ul lui. Îl puneți multă tensiune și aveți două fire pentru a vă arăta efortul supraomenesc. Dacă lungimea inițială a firului este de 5 inci, iar cele două lungimi după cedare se adună până la 6 inci, firul este întins cu 21% lungime, în măsura efectivă sau 21 inch. punctul de eșec, dar orice – conceptul de sârmă de tragere ilustrează UTS.
Probele de microfotografie din oțel trebuie tăiate, lustruite și gravate folosind o soluție ușor acidă (de obicei acid azotic și alcool (nitroetanol)) pentru a face granulele vizibile. Mărirea de 100x este folosită în mod obișnuit pentru a inspecta boabele de oțel și a determina dimensiunea granulelor.
Duritatea este un test al modului în care un material răspunde la impact. Imaginați-vă că puneți o bucată scurtă de țeavă într-o menghină cu fălci zimțate și rotiți menghina pentru a se închide. Pe lângă aplatizarea tubului, fălcile menghinei lasă și adâncituri pe suprafața tubului.
Așa funcționează testul de duritate, dar nu este atât de dur. Acest test are o dimensiune controlată a impactului și o presiune controlată. Aceste forțe deformează suprafața, creând o adâncime sau o adâncime. Mărimea sau adâncimea adâncimii determină duritatea metalului.
Pentru evaluarea oțelului, testele obișnuite de duritate sunt Brinell, Vickers și Rockwell. Fiecare are propria sa scară, iar unele au mai multe metode de testare, cum ar fi Rockwell A, B și C. Pentru țevile de oțel, specificația ASTM A513 face referire la testul Rockwell B (abreviat HRB sau RB). Testul Rockwell B măsoară diferența de penetrare a oțelului cu o încărcare mică de oțel și o sarcină primară de oțel de 16-1 1⁄1. 100 kgf. Un rezultat tipic pentru oțelul moale standard este HRB 60.
Oamenii de știință din materiale știu că duritatea este liniar legată de UTS. Prin urmare, o anumită duritate poate prezice UTS. De asemenea, producătorii de tuburi știu că MYS și UTS sunt legate. Pentru țevile sudate, MYS este de obicei 70% până la 85% din UTS. Cantitatea exactă depinde de procesul de fabricare a tubului. ch (PSI) și un MYS de 80% sau 48.000 PSI.
Cea mai comună specificație a țevii în producția generală este duritatea maximă. În plus față de dimensiune, inginerul a fost preocupat de specificarea unei țevi sudate cu rezistență electrică (ERW) într-un interval bun de lucru, ceea ce ar putea duce la o duritate maximă de HRB 60 care să găsească drumul pe desenul componentei. Numai această decizie duce la o serie de proprietăți mecanice finale, inclusiv duritatea finală.
În primul rând, duritatea HRB 60 nu ne spune prea multe. Citirea HRB 60 este un număr adimensional. Materialul evaluat cu HRB 59 este mai moale decât materialul testat cu HRB 60, iar HRB 61 este mai dur decât HRB 60, dar cu cât? Nu poate fi cuantificat ca volumul (măsurat în decibeli-timp), măsurat în decibeli-timp, măsurat în viteză (decibeli-timp), măsurată în viteză relativă (decibeli) ), sau UTS (măsurată în lire sterline pe inch pătrat). Citirea HRB 60 nu ne spune nimic specific. Aceasta este o proprietate a materialului, dar nu o proprietate fizică. În al doilea rând, testarea durității nu este potrivită pentru repetabilitate sau reproductibilitate. Evaluarea a două locații pe o probă de testare, chiar dacă locațiile de testare sunt aproape una de alta. a fost măsurat, nu poate fi măsurat a doua oară pentru a verifica rezultatele. Repetabilitate testului nu este posibilă.
Acest lucru nu înseamnă că testarea durității este incomod. De fapt, oferă un ghid bun pentru UTS-ul unui material și este un test rapid și ușor de efectuat. Cu toate acestea, toți cei implicați în specificarea, achiziționarea și fabricarea tuburilor ar trebui să fie conștienți de limitările acestuia ca parametru de testare.
Deoarece țeava „normală” nu este bine definită, atunci când este necesar, producătorii de țevi o restrâng adesea la cele două tipuri de țevi și țevi de oțel cele mai frecvent utilizate definite în ASTM A513: 1008 și 1010. Chiar și după eliminarea tuturor celorlalte tipuri de țevi, posibilitățile în ceea ce privește proprietățile mecanice ale acestor două tipuri de țevi sunt larg deschise. De fapt, aceste tipuri de țevi au cea mai largă gamă de proprietăți mecanice.
De exemplu, un tub este descris ca fiind moale dacă MYS este scăzut și alungirea este mare, ceea ce înseamnă că are performanțe mai bune la tracțiune, deformare și priză decât un tub descris ca dur, care are un MYS relativ mare și o alungire relativ scăzută. Aceasta este similară cu diferența dintre sârmă moale și tare, cum ar fi umerașe și burghie.
Alungirea în sine este un alt factor care are un impact semnificativ asupra aplicațiilor critice ale țevilor. Tuburile cu alungire mare pot rezista la forțe de tracțiune;materialele cu alungire redusă sunt mai fragile și, prin urmare, mai predispuse la defecțiuni catastrofale de tip oboseală. Cu toate acestea, alungirea nu este direct legată de UTS, care este singura proprietate mecanică direct legată de duritate.
De ce proprietățile mecanice ale tuburilor variază atât de mult? În primul rând, compoziția chimică este diferită. Oțelul este o soluție solidă de fier și carbon și alte aliaje importante. Pentru simplitate, aici ne vom ocupa doar de procentele de carbon. Atomii de carbon înlocuiesc unii dintre atomii de fier, formând structura cristalină a oțelului. număr special care produce proprietăți unice atunci când conținutul de carbon din oțel este ultra-scăzut.ASTM 1010 specifică un conținut de carbon între 0,08% și 0,13%.Aceste diferențe nu par uriașe, dar sunt suficient de mari pentru a face o mare diferență în altă parte.
În al doilea rând, țeava de oțel poate fi fabricată sau fabricată și ulterior procesată în șapte procese de fabricație diferite. ASTM A513 legat de producția de țevi ERW enumeră șapte tipuri:
Dacă compoziția chimică a oțelului și etapele de fabricație a tubului nu au niciun efect asupra durității oțelului, ce este? Răspunsul la această întrebare înseamnă examinarea cu atenție asupra detaliilor. Această întrebare ridică încă două întrebări: Ce detalii și cât de aproape?
Detaliile despre granulele care alcătuiesc oțelul sunt primul răspuns. Când oțelul este fabricat într-o oțelărie primară, acesta nu se răcește într-un bloc uriaș cu o singură caracteristică. Pe măsură ce oțelul se răcește, moleculele oțelului se organizează în modele repetate (cristale), similar cu modul în care se formează fulgii de zăpadă. După ce se formează cristalele, ele se agregează în grăunte sau se răcesc în grăunte. boabele încetează să crească pe măsură ce ultimele molecule de oțel sunt absorbite de boabe. Toate acestea se întâmplă la nivel microscopic, deoarece granulele de oțel de dimensiune medie este de aproximativ 64 µ sau 0,0025 inci lățime. Deși fiecare bob este similar cu celălalt, ele nu sunt la fel. Ele variază ușor în dimensiune, orientare și conținut de carbon. limitele de cereale.
Cât de departe trebuie să te uiți pentru a vedea boabe perceptibile? Mărirea de 100x sau viziunea umană de 100x este suficientă. Cu toate acestea, doar privind oțelul netratat de 100 de ori puterea nu dezvăluie prea mult. Proba este pregătită prin lustruirea probei și gravarea suprafeței cu un acid (de obicei acid azotic și alcool) numit nitroetanol.
Granulele și zăbrelele lor interioare sunt cele care determină rezistența la impact, MYS, UTS și alungirea pe care un oțel poate rezista înainte de rupere.
Etapele de fabricare a oțelului, cum ar fi laminarea la cald și la rece a benzii, aplică stres în structura granulelor;dacă își schimbă permanent forma, aceasta înseamnă că stresul deformează boabele. Alte etape de prelucrare, cum ar fi bobinarea oțelului în bobine, derularea acestuia și deformarea boabelor de oțel printr-o moara de tuburi (pentru a forma și dimensiona tubul). Tragerea la rece a tubului pe dorn pune, de asemenea, presiune asupra materialului, la fel ca etapele de fabricație, cum ar fi formarea de capăt și îndoirea structurii granulelor.
Pașii de mai sus epuizează ductilitatea oțelului, care este capacitatea acestuia de a rezista la tensiuni de tracțiune (tragere-deschidere). Oțelul devine casant, ceea ce înseamnă că este mai probabil să se rupă dacă continuați să lucrați la el. Alungirea este o componentă a ductilității (compresibilitatea este alta). Este important să înțelegeți că defecțiunea are loc cel mai adesea în timpul tensiunii de tracțiune. Cu toate acestea, oțelul se deformează cu ușurință sub presiune la compresiune – este ductil – ceea ce reprezintă un avantaj.
Betonul are o rezistență ridicată la compresiune, dar o ductilitate scăzută în comparație cu betonul. Aceste proprietăți sunt opuse celor ale oțelului. De aceea, betonul folosit pentru drumuri, clădiri și trotuare este adesea echipat cu bară de armare. Rezultatul este un produs cu rezistența a două materiale: sub tensiune, oțelul este rezistent, iar sub presiune, betonul.
În timpul lucrului la rece, pe măsură ce ductilitatea oțelului scade, duritatea acestuia crește. Cu alte cuvinte, se va întări. În funcție de situație, acesta poate fi un beneficiu;cu toate acestea, poate fi un dezavantaj, deoarece duritatea este echivalată cu fragilitatea. Adică, pe măsură ce oțelul devine mai dur, devine mai puțin elastic;prin urmare, este mai probabil să eșueze.
Cu alte cuvinte, fiecare pas de proces consumă o parte din ductilitatea țevii. Devine din ce în ce mai greu pe măsură ce piesa funcționează, iar dacă este prea tare, practic este inutilă. Duritatea este fragilitate, iar un tub fragil este probabil să se defecteze atunci când este utilizat.
Are producătorul vreo opțiune în acest caz? Pe scurt, da. Această opțiune este recoacere și, deși nu este chiar magică, este cât se poate de aproape de magie.
În termeni simpli, recoacere îndepărtează toate efectele stresului fizic asupra metalului. Acest proces încălzește metalul la o temperatură de reducere a tensiunii sau de recristalizare, eliminând astfel dislocațiile. În funcție de temperatura și timpul specific utilizat în procesul de recoacere, procesul îi restabilește astfel o parte sau întreaga ductilitate.
Recoacerea și răcirea controlată promovează creșterea boabelor. Acest lucru este benefic dacă scopul este de a reduce fragilitatea materialului, dar creșterea necontrolată a boabelor poate înmuia prea mult metalul, făcându-l inutilizabil pentru utilizarea prevăzută. Oprirea procesului de recoacere este un alt lucru aproape magic. Călirea la temperatura potrivită cu agentul de călire potrivit la momentul potrivit aduce procesul de refacere rapidă a proprietăților oțelului.
Ar trebui să renunțăm la specificația de duritate? nu. Caracteristicile durității sunt valoroase în primul rând ca punct de referință atunci când se specifică țevile de oțel. O măsură utilă, duritatea este una dintre câteva caracteristici care ar trebui specificate la comandarea materialului tubular și verificate la primire (și ar trebui să fie înregistrate la fiecare livrare). Când inspecția durității este standardul de inspecție, ar trebui să aibă valorile scalelor de control adecvate.
Cu toate acestea, nu este un test adevărat pentru calificarea (acceptarea sau respingerea) materialului. Pe lângă duritate, producătorii ar trebui să testeze ocazional transporturile pentru a determina alte proprietăți relevante, cum ar fi MYS, UTS sau alungirea minimă, în funcție de aplicarea tubului.
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 a devenit prima revistă dedicată deservirii industriei țevilor metalice în 1990. Astăzi, rămâne singura publicație din America de Nord dedicată industriei și a devenit cea mai de încredere sursă de informații pentru profesioniștii în țevi.
Acum, cu acces complet la ediția digitală a The FABRICATOR, acces ușor la resurse valoroase din industrie.
Ediția digitală a The Tube & Pipe Journal este acum complet accesibilă, oferind acces ușor la resurse valoroase din industrie.
Bucurați-vă de acces complet la ediția digitală a Jurnalului STAMPING, care oferă cele mai recente progrese tehnologice, cele mai bune practici și știri din industrie pentru piața de ștanțare a metalelor.
Bucurați-vă de acces complet la ediția digitală a The Additive Report pentru a afla cum poate fi utilizată fabricarea aditivă pentru a îmbunătăți eficiența operațională și a crește profiturile.
Acum, cu acces complet la ediția digitală a The Fabricator en Español, acces ușor la resurse valoroase din industrie.