Rôzne testovacie protokoly (Brinell, Rockwell, Vickers) majú postupy špecifické pre testovaný projekt. Rockwell T test je vhodný na kontrolu svetlostenných trubíc pozdĺžnym rozrezaním trubice a testovaním steny z vnútorného priemeru namiesto vonkajšieho priemeru.
Objednať si hadicu je niečo ako ísť do predajne áut a objednať si auto alebo nákladné auto. Dnes veľa možností, ktoré sú k dispozícii, umožňuje kupujúcim prispôsobiť si vozidlo rôznymi spôsobmi – farby interiéru a exteriéru, balíky vnútorného vybavenia, možnosti vonkajšieho štýlu, výber pohonných jednotiek a audio systém, ktorý takmer konkuruje systému domácej zábavy. Vzhľadom na všetky tieto možnosti nemusíte byť spokojní so štandardným vozidlom.
Oceľové rúry sú presne také. Má tisíce možností alebo špecifikácií. Okrem rozmerov špecifikácia uvádza aj chemické a niekoľko mechanických vlastností, ako je minimálna medza klzu (MYS), medza pevnosti v ťahu (UTS) a minimálne predĺženie pred porušením. Mnohí v tomto odvetví – inžinieri, nákupcovia a výrobcovia – však používajú akceptované priemyselné skratky, ktoré vyžadujú použitie „normálnej“ zváranej rúry: tvrdosť a špecifikujú iba jednu charakteristiku.
Skúste si objednať auto podľa jedinej charakteristiky („Potrebujem auto s automatickou prevodovkou“) a s predajcom sa ďaleko nedostanete. Musí vyplniť objednávkový formulár s mnohými možnosťami. Potrubie je len také – na to, aby získal správnu rúrku pre danú aplikáciu, potrebuje výrobca rúr viac informácií ako len tvrdosť.
Ako sa tvrdosť stáva uznávanou náhradou za iné mechanické vlastnosti?Pravdepodobne to začalo u výrobcu rúr. Pretože testovanie tvrdosti je rýchle, jednoduché a vyžaduje relatívne lacné vybavenie, predajcovia rúr často používajú testovanie tvrdosti na porovnanie dvoch rúrok. Na vykonanie testu tvrdosti im stačí hladká dĺžka rúry a testovací stojan.
Tvrdosť rúrky dobre koreluje s UTS a ako orientačné pravidlo, percentá alebo percentuálne rozsahy sú užitočné pri odhadovaní MYS, takže je ľahké vidieť, ako môže byť testovanie tvrdosti vhodnou náhradou za iné vlastnosti.
Aj iné testy sú pomerne zložité. Zatiaľ čo testovanie tvrdosti na jednom stroji trvá približne minútu, testovanie MYS, UTS a predĺženia si vyžaduje prípravu vzorky a značné investície do veľkého laboratórneho vybavenia. Pre porovnanie, operátorovi rúrkového mlyna trvá niekoľko sekúnd, kým vykoná skúšku tvrdosti, a hodiny, kým profesionálny metalurgický technik vykoná skúšku ťahom. Vykonať kontrolu tvrdosti nie je ťažké.
To neznamená, že technickí výrobcovia rúr nepoužívajú testovanie tvrdosti. Dá sa povedať, že väčšina ľudí to robí, ale keďže robia merania opakovateľnosti a reprodukovateľnosti na všetkých svojich testovacích zariadeniach, sú si dobre vedomí obmedzení testu. Väčšina z nich používa hodnotenie tvrdosti rúr ako súčasť výrobného procesu, ale nepoužívajú ho na kvantifikáciu vlastností rúr. Toto je len test vyhovuje/nevyhovuje.
Prečo potrebujete vedieť o MYS, UTS a minimálnom predĺžení? Udávajú, ako sa trubica bude správať pri montáži.
MYS je minimálna sila, ktorá spôsobuje trvalú deformáciu materiálu. Ak sa pokúsite mierne ohnúť rovný drôt (ako vešiak) a uvoľníte tlak, stane sa jedna z dvoch vecí: vyskočí späť do pôvodného stavu (rovný) alebo zostane ohnutý. Ak je stále rovný, neprekonali ste MYS. Ak je stále ohnutý, prestrelili ste ho.
Teraz použite kliešte na zovretie oboch koncov drôtu. Ak dokážete roztrhnúť drôt na dva kusy, prekonali ste jeho UTS. Vyviniete naň veľa napätia a máte dva drôty, aby ste ukázali svoje nadľudské úsilie. Ak je pôvodná dĺžka drôtu 5 palcov a dve dĺžky po zlyhaní sú sčítané do 6 palcov, drôt sa natiahne o 1 palec, 2 palce, alebo o 2 bod testu, aká dĺžka je nameraná v rámci 0%, ale bez ohľadu na to, čo je testované. koncept ťahového drôtu ilustruje UTS.
Vzorky oceľových fotomikrografov je potrebné narezať, vyleštiť a vyleptať pomocou mierne kyslého roztoku (zvyčajne kyseliny dusičnej a alkoholu (nitroetanolu)), aby boli zrná viditeľné. Na kontrolu zŕn ocele a určenie veľkosti zŕn sa bežne používa zväčšenie 100x.
Tvrdosť je testom toho, ako materiál reaguje na náraz. Predstavte si, že do zveráka so zúbkovanými čeľusťami vložíte krátky kus rúrky a zverák otočíte, aby sa zatvoril. Čeľuste zveráka okrem sploštenia rúrky zanechávajú na povrchu rúrky aj priehlbiny.
Takto funguje test tvrdosti, ale nie je taký hrubý. Tento test má kontrolovanú veľkosť nárazu a kontrolovaný tlak. Tieto sily deformujú povrch a vytvárajú priehlbinu alebo priehlbinu. Veľkosť alebo hĺbka priehlbiny určuje tvrdosť kovu.
Na hodnotenie ocele sú bežné testy tvrdosti podľa Brinella, Vickersa a Rockwella. Každý má svoju vlastnú stupnicu a niektoré majú viacero testovacích metód, ako napríklad Rockwell A, B a C. Pre oceľové rúry špecifikácia ASTM A513 odkazuje na test Rockwell B (skrátený ako HRB alebo RB). .Typickým výsledkom pre štandardnú mäkkú oceľ je HRB 60.
Materiáloví vedci vedia, že tvrdosť je lineárne úmerná UTS. Preto môže daná tvrdosť predpovedať UTS. Podobne aj výrobcovia rúr vedia, že MYS a UTS súvisia. Pre zvárané rúry je MYS zvyčajne 70 % až 85 % UTS. Presné množstvo závisí od procesu výroby rúrky. 80% alebo 48 000 PSI.
Najbežnejšou špecifikáciou rúr vo všeobecnej výrobe je maximálna tvrdosť. Okrem veľkosti sa inžinier zaoberal špecifikáciou zváranej rúrky zváranej elektrickým odporom (ERW) v dobrom pracovnom rozsahu, čo by mohlo viesť k maximálnej tvrdosti prípadne HRB 60, ktorá sa nachádza na výkrese súčiastky. Toto rozhodnutie samo osebe vedie k množstvu konečných mechanických vlastností vrátane samotnej tvrdosti.
Po prvé, tvrdosť HRB 60 nám veľa nehovorí. Odčítaná hodnota HRB 60 je bezrozmerné číslo. Materiál hodnotený pomocou HRB 59 je mäkší ako materiál testovaný s HRB 60 a HRB 61 je tvrdší ako HRB 60, ale o koľko? Nedá sa kvantifikovať ako objem (merané v decibeloch), časová odchýlka alebo miera rýchlosti krútiaceho momentu (meraná krútiaci moment). merané v librách na štvorcový palec). Odčítanie HRB 60 nám nič konkrétne nepovie. Ide o vlastnosť materiálu, nie však o fyzikálnu vlastnosť. Po druhé, testovanie tvrdosti nie je vhodné pre opakovateľnosť alebo reprodukovateľnosť. Vyhodnotenie dvoch miest na testovacej vzorke, aj keď sú miesta testu blízko seba, často vedie k veľkým rozdielom v odčítaní tvrdosti. zmerať druhýkrát, aby sa overili výsledky.Opakovateľnosť testu nie je možná.
To neznamená, že testovanie tvrdosti je nepohodlné. V skutočnosti poskytuje dobrý návod na UTS materiálu a je to rýchly a jednoduchý test. Avšak každý, kto sa zaoberá špecifikáciou, nákupom a výrobou rúr, by si mal byť vedomý jeho obmedzení ako testovacieho parametra.
Pretože „normálne“ potrubie nie je dobre definované, výrobcovia rúr ho v prípade potreby často zúžia na dva najbežnejšie používané typy oceľových rúr a rúr definovaných v ASTM A513: 1008 a 1010. Aj po odstránení všetkých ostatných typov rúr sú možnosti z hľadiska mechanických vlastností týchto dvoch typov rúr široko otvorené. V skutočnosti majú tieto typy rúr najširší rozsah mechanických vlastností zo všetkých typov.
Napríklad trubica je opísaná ako mäkká, ak je MYS nízka a predĺženie vysoké, čo znamená, že má lepšie výsledky v ťahu, priehybe a tuhnutí ako trubica opísaná ako tvrdá, ktorá má relatívne vysoké MYS a relatívne nízke predĺženie. Je to podobné ako rozdiel medzi mäkkým a tvrdým drôtom, ako sú vešiaky a vŕtačky.
Samotné predĺženie je ďalším faktorom, ktorý má významný vplyv na kritické aplikácie rúr. Rúry s vysokým predĺžením dokážu odolať ťahovým silám;materiály s nízkou ťažnosťou sú krehkejšie, a preto náchylnejšie ku katastrofálnym únavovým poruchám. Predĺženie však priamo nesúvisí s UTS, čo je jediná mechanická vlastnosť priamo súvisiaca s tvrdosťou.
Prečo sa mechanické vlastnosti rúr tak líšia?Po prvé, chemické zloženie je odlišné.Oceľ je tuhý roztok železa a uhlíka a iných dôležitých zliatin.Pre jednoduchosť sa tu budeme zaoberať iba percentami uhlíka.Atómy uhlíka nahrádzajú niektoré atómy železa a vytvárajú kryštálovú štruktúru ocele.ASTM 1008 je všestranná primárna trieda s veľmi špeciálnymi vlastnosťami, ktoré obsahujú uhlík až 0.0%, pričom obsah uhlíka je 0,0% jedinečný. oceľ je ultranízka. ASTM 1010 špecifikuje obsah uhlíka medzi 0,08 % a 0,13 %. Tieto rozdiely sa nezdajú byť obrovské, ale sú dosť veľké na to, aby urobili veľký rozdiel inde.
Po druhé, oceľové potrubie môže byť vyrobené alebo vyrobené a následne spracované v siedmich rôznych výrobných procesoch. ASTM A513 týkajúci sa výroby rúr ERW uvádza sedem typov:
Ak chemické zloženie ocele a kroky výroby rúr nemajú žiadny vplyv na tvrdosť ocele, čo to je? Odpovedať na túto otázku znamená preskúmať detaily. Táto otázka vyvoláva ďalšie dve otázky: Aké detaily a ako blízko?
Podrobnosti o zrnách, ktoré tvoria oceľ, sú prvou odpoveďou. Keď sa oceľ vyrába v primárnej oceliarni, nevychladne do obrovského bloku s jediným prvkom. Ako sa oceľ ochladzuje, molekuly ocele sa organizujú do opakujúcich sa vzorov (kryštály), podobne ako sa tvoria snehové vločky. Po vytvorení kryštálov sa zhlukujú do skupín nazývaných zrná. Ako postupuje chladenie, posledné zrná alebo zrná rastú a tvoria sa zrná. Toto všetko sa deje na mikroskopickej úrovni, pretože priemerná veľkosť oceľového zrna je približne 64 µ alebo 0,0025 palca široká. Aj keď je každé zrno podobné ďalšiemu, nie sú rovnaké. Mierne sa líšia veľkosťou, orientáciou a obsahom uhlíka. Rozhranie medzi zrnami sa nazýva hranica zŕn. Keď oceľ zlyhá, napríklad v dôsledku únavových trhlín, má tendenciu zlyhávať pozdĺž hraníc zŕn.
Ako ďaleko sa musíte pozrieť, aby ste videli rozoznateľné zrná? Stačí 100-násobné zväčšenie alebo 100-násobné ľudské videnie. Pohľad na neupravenú oceľ pri 100-násobnom výkone však veľa neprezradí. Vzorka sa pripraví vyleštením vzorky a leptaním povrchu kyselinou (zvyčajne kyselinou dusičnou a alkoholom) nazývanou nitroetanolové leptadlá.
Sú to zrná a ich vnútorná mriežka, ktoré určujú rázovú pevnosť, MYS, UTS a predĺženie, ktoré oceľ vydrží pred porušením.
Kroky výroby ocele, ako je valcovanie pásu za tepla a za studena, aplikujú napätie do štruktúry zŕn;ak natrvalo zmenia tvar, znamená to, že napätie deformuje zrno. Ďalšie kroky spracovania, ako je navíjanie ocele do zvitkov, jej odvíjanie a deformovanie oceľových zŕn v mlyne na rúry (na tvarovanie a dimenzovanie rúry). Ťahanie rúry za studena na tŕň tiež vyvíja tlak na materiál, rovnako ako výrobné kroky, ako je tvarovanie konca a ohýbanie. Zmeny v štruktúre zŕn sa nazývajú dislokácie.
Vyššie uvedené kroky znižujú ťažnosť ocele, čo je jej schopnosť odolávať namáhaniu v ťahu (roztiahnutím). Oceľ sa stáva krehkou, čo znamená, že je pravdepodobnejšie, že sa zlomí, ak na nej budete ďalej pracovať. Predĺženie je jednou zložkou ťažnosti (stlačiteľnosť je ďalšou). Je dôležité pochopiť, že k poruche najčastejšie dochádza pri namáhaní v ťahu, nie pri relatívne vysokej deformácii ocele. tlakové napätie – je ťažné – čo je výhodou.
Betón má vysokú pevnosť v tlaku, ale nízku ťažnosť v porovnaní s betónom. Tieto vlastnosti sú opačné ako vlastnosti ocele. Preto sa betón používaný na cesty, budovy a chodníky často vybavuje výstužou. Výsledkom je produkt s pevnosťou dvoch materiálov: pod ťahom je oceľ pevná a pod tlakom betón.
Počas spracovania za studena, keď sa ťažnosť ocele znižuje, jej tvrdosť sa zvyšuje. Inými slovami, vytvrdne. V závislosti od situácie to môže byť výhoda;môže to však byť nevýhoda, pretože tvrdosť sa rovná krehkosti. To znamená, že keď sa oceľ stáva tvrdšou, stáva sa menej elastickou;preto je pravdepodobnejšie, že zlyhá.
Inými slovami, každý procesný krok spotrebováva časť ťažnosti rúry. Ako dielec pracuje, stáva sa ťažším, a ak je príliš tvrdý, je v podstate nepoužiteľný. Tvrdosť je krehkosť a krehká rúra pri použití pravdepodobne zlyhá.
Má výrobca v tomto prípade nejaké možnosti? Skrátka áno. Tou možnosťou je žíhanie, a hoci to nie je celkom magické, má k mágii tak blízko, ako sa len dá.
Laicky povedané, žíhaním sa odstránia všetky účinky fyzikálneho namáhania kovu. Tento proces ohrieva kov na teplotu uvoľnenia napätia alebo rekryštalizáciu, čím sa eliminujú dislokácie. V závislosti od konkrétnej teploty a času použitého v procese žíhania proces takto obnovuje časť alebo celú jeho ťažnosť.
Žíhanie a riadené chladenie podporujú rast zŕn. To je výhodné, ak je cieľom znížiť krehkosť materiálu, ale nekontrolovaný rast zŕn môže kov príliš zmäkčiť, čím sa stane nepoužiteľným na zamýšľané použitie. Zastavenie procesu žíhania je ďalšou takmer magickou vecou. Kalenie pri správnej teplote so správnym prostriedkom na obnovenie kalenia v správnom čase privedie proces k zastaveniu ocele v správnom čase.
Mali by sme upustiť od špecifikácie tvrdosti?nie. Charakteristiky tvrdosti sú cenné predovšetkým ako referenčný bod pri špecifikácii oceľových rúr. Užitočné opatrenie, tvrdosť je jednou z niekoľkých charakteristík, ktoré by mali byť špecifikované pri objednávaní rúrkového materiálu a skontrolované pri prijatí (a mali by byť zaznamenané pri každej zásielke). Keď je kontrola tvrdosti kontrolným štandardom, mala by mať príslušné hodnoty stupnice a kontrolné rozsahy.
Nie je to však skutočný test na kvalifikovanie (prijímanie alebo odmietnutie) materiálu. Okrem tvrdosti by mali výrobcovia príležitostne testovať zásielky, aby určili ďalšie relevantné vlastnosti, ako je MYS, UTS alebo minimálne predĺženie, v závislosti od použitia rúrky.
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 sa v roku 1990 stal prvým časopisom venovaným obsluhe priemyslu kovových rúr. Dnes zostáva jedinou publikáciou v Severnej Amerike venovanou tomuto odvetviu a stal sa najdôveryhodnejším zdrojom informácií pre profesionálov v oblasti rúr.
Teraz s úplným prístupom k digitálnemu vydaniu The FABRICATOR, jednoduchým prístupom k cenným priemyselným zdrojom.
Digitálne vydanie časopisu The Tube & Pipe Journal je teraz plne prístupné a poskytuje jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Užite si plný prístup k digitálnemu vydaniu časopisu STAMPING Journal, ktorý poskytuje najnovšie technologické pokroky, osvedčené postupy a novinky z odvetvia pre trh s lisovaním kovov.
Užite si plný prístup k digitálnemu vydaniu The Additive Report, kde sa dozviete, ako možno aditívnu výrobu použiť na zlepšenie prevádzkovej efektívnosti a zvýšenie zisku.
Teraz s úplným prístupom k digitálnemu vydaniu The Fabricator en Español, jednoduchým prístupom k cenným priemyselným zdrojom.