Različni testni protokoli (Brinell, Rockwell, Vickers) imajo postopke, specifične za projekt, ki se preskuša. Rockwell T test je primeren za pregledovanje cevi z lahkimi stenami, tako da cev prerežete po dolžini in steno testirate z notranjim premerom in ne z zunanjim premerom.
Naročanje cevi je podobno, kot če bi šli v trgovino z avtomobili in naročili avto ali tovornjak. Danes številne možnosti, ki so na voljo, kupcem omogočajo, da prilagodijo vozilo na različne načine – notranje in zunanje barve, paketi notranjih oblog, možnosti zunanjega oblikovanja, izbira pogonskega sklopa in avdio sistem, ki je skoraj enak sistemu za domače razvedrilo. Glede na vse te možnosti morda ne boste zadovoljni s standardnim vozilom brez dodatkov.
Jeklene cevi so prav to. Ima na tisoče možnosti ali specifikacij. Specifikacija poleg dimenzij navaja kemične in več mehanskih lastnosti, kot so najmanjša meja tečenja (MYS), skrajna natezna trdnost (UTS) in najmanjši raztezek pred porušitvijo. Vendar mnogi v industriji – inženirji, nabavni zastopniki in proizvajalci – uporabljajo sprejete industrijske kratice, ki zahtevajo uporabo »normalne« varjene cevi in ​​določajo samo eno lastnost: trdoto. nost.
Poskusite naročiti avto po eni sami lastnosti (»Potrebujem avto z avtomatskim menjalnikom«) in s prodajalcem ne boste prišli predaleč. Izpolniti mora naročilnico s številnimi možnostmi. Cev je prav to – da bi dobil pravo cev za aplikacijo, proizvajalec cevi potrebuje več informacij kot le trdoto.
Kako trdota postane priznan nadomestek za druge mehanske lastnosti? Verjetno se je začelo pri proizvajalcu cevi. Ker je testiranje trdote hitro, enostavno in zahteva razmeroma poceni opremo, prodajalci cevi pogosto uporabljajo testiranje trdote za primerjavo dveh cevi. Za izvedbo preskusa trdote potrebujejo le gladko dolžino cevi in ​​preskusno stojalo.
Trdota cevi je v dobri korelaciji z UTS in praviloma so odstotki ali razponi odstotkov v pomoč pri ocenjevanju MYS, tako da je enostavno videti, kako je lahko testiranje trdote ustrezen približek za druge lastnosti.
Tudi drugi testi so razmeroma zapleteni. Medtem ko preskušanje trdote traja le minuto ali več na enem stroju, MYS, UTS in preskušanje raztezka zahtevajo pripravo vzorca in znatne naložbe v veliko laboratorijsko opremo. Za primerjavo, operater cevnega mlina traja nekaj sekund, da izvede preskus trdote, in ure, da profesionalni metalurški tehnik izvede natezni preizkus. Preverjanja trdote ni težko izvesti.
To ne pomeni, da proizvajalci izdelanih cevi ne uporabljajo testiranja trdote. Lahko rečemo, da jih večina ljudi uporablja, toda ker izvajajo ocene ponovljivosti meril in obnovljivosti na vsej svoji preskusni opremi, se dobro zavedajo omejitev preskusa. Večina uporablja ocenjevanje trdote cevi kot del proizvodnega procesa, vendar ga ne uporabljajo za količinsko opredelitev lastnosti cevi. To je le preizkus uspešnosti/neuspeha.
Zakaj morate vedeti o MYS, UTS in najmanjšem raztezku? Kažejo, kako se bo cev obnašala pri sestavljanju.
MYS je najmanjša sila, ki povzroči trajno deformacijo materiala. Če poskušate rahlo upogniti ravno žico (kot je obešalnik za plašče) in sprostiti pritisk, se bo zgodila ena od dveh stvari: vrnila se bo v prvotno stanje (ravna) ali pa bo ostala upognjena. Če je še vedno ravna, niste presegli MYS. Če je še vedno upognjena, ste prehiteli.
Zdaj s kleščami vpnite oba konca žice. Če lahko žico raztrgate na dva dela, ste presegli njen UTS. Nanjo ste močno napeli in imate dve žici, da pokažete svoj nadčloveški napor. Če je prvotna dolžina žice 5 palcev in se obe dolžini po okvari seštejeta na 6 palcev, je žica raztegnjena za 1 palec ali 20 %. Dejanski preskus raztezka se meri znotraj 2 in. ne glede na točko okvare, ampak karkoli – koncept vlečne žice ponazarja UTS.
Jeklene fotomikrografske vzorce je treba razrezati, polirati in jedkati z rahlo kislo raztopino (običajno dušikove kisline in alkohola (nitroetanola)), da postanejo zrna vidna. 100-kratna povečava se običajno uporablja za pregledovanje jeklenih zrn in določanje velikosti zrn.
Trdota je preizkus, kako se material odziva na udarec. Predstavljajte si, da vstavite kratek kos cevi v primež z nazobčanimi čeljustmi in obrnete primež, da se zapre. Poleg tega, da sploščijo cev, čeljusti primeža pustijo tudi vdolbine na površini cevi.
Tako deluje preizkus trdote, vendar ni tako grob. Ta preskus ima nadzorovano velikost udarca in nadzorovan pritisk. Te sile deformirajo površino in ustvarijo vdolbino ali vdolbino. Velikost ali globina vdolbine določa trdoto kovine.
Za ocenjevanje jekla so običajni preskusi trdote po Brinellu, Vickersu in Rockwellu. Vsak ima svojo lestvico, nekateri pa več preskusnih metod, kot so Rockwell A, B in C. Za jeklene cevi se specifikacija ASTM A513 sklicuje na preskus Rockwell B (skrajšano kot HRB ali RB). Preizkus Rockwell B meri razliko v penetraciji jekla z jekleno kroglico s premerom 1⁄16 palca med majhno prednapetostjo in primarno obremenitev 100 kgf. Tipičen rezultat za standardno mehko jeklo je HRB 60.
Znanstveniki za materiale vedo, da je trdota linearno povezana z UTS. Zato lahko določena trdota predvidi UTS. Podobno proizvajalci cevi vedo, da sta MYS in UTS povezana. Za varjene cevi je MYS običajno 70 % do 85 % UTS. Natančna količina je odvisna od postopka izdelave cevi. Trdota HRB 60 ustreza UTS 60.000 funtov na kvadratni palec (PSI ) in MYS 80 % ali 48.000 PSI.
Najpogostejša specifikacija cevi v splošni proizvodnji je največja trdota. Inženir se je poleg velikosti ukvarjal s specifikacijo varjene elektrouporovno varjene (ERW) cevi v dobrem delovnem območju, kar bi lahko povzročilo največjo trdoto HRB 60, ki bi se lahko znašla na risbi sestavnega dela. Samo ta odločitev vodi do vrste končnih mehanskih lastnosti, vključno s samo trdoto.
Prvič, trdota HRB 60 nam ne pove veliko. Odčitek HRB 60 je brezdimenzijska številka. Material, ocenjen s HRB 59, je mehkejši od materiala, testiranega s HRB 60, HRB 61 pa je trši od HRB 60, toda za koliko? Tega ni mogoče kvantificirati kot prostornine (merjeno v decibelih), navora (merjeno v funt-čevljih), hitrosti (meri rdeča v razdalji glede na čas) ali UTS (merjeno v funtih na kvadratni palec). Branje HRB 60 nam ne pove nič posebnega. To je lastnost materiala, ne pa fizična lastnost. Drugič, testiranje trdote ni primerno za ponovljivost ali obnovljivost. Ocenjevanje dveh lokacij na preskusnem vzorcu, tudi če sta preskusni lokaciji blizu druga drugi, pogosto povzroči velike razlike v odčitkih trdote. To težavo otežuje narava preskusa. Ko je položaj izmerjen, ga ni mogoče izmeriti drugič, da bi preverili rezultate. Ponovljivost preskusa ni mogoča.
To ne pomeni, da je testiranje trdote neprijetno. Pravzaprav zagotavlja dober vodnik za UTS materiala in je hiter in enostaven test za izvedbo. Vendar se morajo vsi, ki sodelujejo pri določanju, nakupu in izdelavi cevi, zavedati njegovih omejitev kot preskusnega parametra.
Ker "običajna" cev ni dobro definirana, jo proizvajalci cevi po potrebi pogosto zožijo na dve najpogosteje uporabljeni vrsti jeklenih cevi in ​​cevi, opredeljeni v ASTM A513: 1008 in 1010. Tudi po izločitvi vseh drugih vrst cevi so možnosti v smislu mehanskih lastnosti teh dveh vrst cevi široko odprte. Pravzaprav imajo te vrste cevi najširši razpon mehanskih lastnosti vseh vrst.
Na primer, cev je opisana kot mehka, če je MYS nizek in raztezek velik, kar pomeni, da se bolje obnese pri nateznosti, upogibu in strditvi kot cev, opisana kot trda, ki ima relativno visok MYS in relativno nizek raztezek. To je podobno razliki med mehko in trdo žico, kot so obešalniki za plašče in svedri.
Sam raztezek je še en dejavnik, ki pomembno vpliva na kritične aplikacije cevi. Cevi z velikim raztezkom lahko prenesejo natezne sile;materiali z majhnim raztezkom so bolj krhki in zato bolj nagnjeni k katastrofalnim okvaram zaradi utrujenosti. Vendar pa raztezek ni neposredno povezan z UTS, ki je edina mehanska lastnost, neposredno povezana s trdoto.
Zakaj se mehanske lastnosti cevi tako razlikujejo? Prvič, kemična sestava je drugačna. Jeklo je trdna raztopina železa in ogljika ter drugih pomembnih zlitin. Zaradi enostavnosti bomo tukaj obravnavali le odstotke ogljika. Atomi ogljika nadomestijo nekatere atome železa in tvorijo kristalno strukturo jekla. ASTM 1008 je vseobsegajoča primarna kakovost z vsebnostjo ogljika od 0 % do 0,10 %. Nič je zelo posebna številka. ki ustvarja edinstvene lastnosti, ko je vsebnost ogljika v jeklu izjemno nizka. ASTM 1010 določa vsebnost ogljika med 0,08 % in 0,13 %. Te razlike se ne zdijo velike, vendar so dovolj velike, da lahko povzročijo veliko razliko drugje.
Drugič, jekleno cev je mogoče izdelati ali izdelati in nato obdelati v sedmih različnih proizvodnih procesih. ASTM A513 v zvezi s proizvodnjo cevi ERW navaja sedem vrst:
Če kemična sestava jekla in koraki izdelave cevi nimajo nobenega vpliva na trdoto jekla, kaj je? Odgovor na to vprašanje pomeni preučevanje podrobnosti. To vprašanje sproži še dve vprašanji: kakšne podrobnosti in kako blizu?
Podrobnosti o zrnih, ki sestavljajo jeklo, so prvi odgovor. Ko je jeklo izdelano v primarni jeklarni, se ne ohladi v ogromen blok z eno samo lastnostjo. Ko se jeklo ohlaja, se molekule jekla organizirajo v ponavljajoče se vzorce (kristale), podobno kot nastanejo snežinke. Ko se kristali oblikujejo, se združijo v skupine, imenovane zrna. Ko ohlajanje napreduje, zrna rastejo in se oblikujejo po pločevini ali plošči. Zrna prenehajo rasti, ko zadnje jeklene molekule absorbirajo zrna. Vse to se zgodi na mikroskopski ravni, ker je povprečna velikost jeklenega zrna približno 64 µ ali 0,0025 palca široko. Čeprav je vsako zrno podobno naslednjemu, niso enaka. Rahlo se razlikujejo po velikosti, orientaciji in vsebnosti ogljika. Meja med zrni se imenuje meja zrn. Ko jeklo odpove, na primer zaradi utrujenosti, se nagiba k il vzdolž meja zrn.
Kako daleč morate pogledati, da vidite razločna zrna? Dovolj je 100-kratna povečava ali 100-kratni človeški vid. Vendar samo pogled na neobdelano jeklo pri 100-kratni moči ne razkrije veliko. Vzorec se pripravi tako, da se vzorec polira in površina jedka s kislino (običajno dušikovo kislino in alkoholom), imenovano nitroetanolsko jedkalo.
Zrna in njihova notranja mreža so tista, ki določajo udarno trdnost, MYS, UTS in raztezek, ki jih jeklo lahko prenese pred porušitvijo.
Koraki izdelave jekla, kot sta vroče in hladno valjanje traku, obremenijo zrnato strukturo;če trajno spremenijo obliko, to pomeni, da napetost deformira zrno. Drugi koraki obdelave, kot je navijanje jekla v kolobarje, odvijanje in deformiranje jeklenih zrn skozi mlin za cevi (za oblikovanje in dimenzioniranje cevi). Hladno vlečenje cevi na trn prav tako pritiska na material, tako kot proizvodni koraki, kot sta oblikovanje koncev in upogibanje. Spremembe v strukturi zrn imenujemo dislokacije.
Zgornji koraki zmanjšajo duktilnost jekla, to je njegovo sposobnost, da prenese natezno obremenitev (odpiranje). Jeklo postane krhko, kar pomeni, da je večja verjetnost, da se bo zlomilo, če boste na njem še naprej delali. Raztezek je ena komponenta duktilnosti (stisljivost je druga). Pomembno je razumeti, da do okvare najpogosteje pride med natezno obremenitvijo, ne med stiskanjem. Jeklo je zelo odporno na natezno obremenitev zaradi relativno visoka raztezna zmogljivost. Jeklo pa se zlahka deformira pod tlačno napetostjo – je duktilno – kar je prednost.
Beton ima visoko tlačno trdnost, a nizko duktilnost v primerjavi z betonom. Te lastnosti so nasprotne lastnostim jekla. Zato je beton, ki se uporablja za ceste, zgradbe in pločnike, pogosto opremljen z armaturo. Rezultat je izdelek z močjo dveh materialov: pod napetostjo je jeklo močno, pod pritiskom pa beton.
Med hladno obdelavo, ko se duktilnost jekla zmanjša, se njegova trdota poveča. Z drugimi besedami, strdi se. To je lahko korist, odvisno od situacije;vendar je to lahko pomanjkljivost, saj je trdota enačena s krhkostjo. To pomeni, da ko jeklo postane trše, postane manj elastično;zato je večja verjetnost, da ne uspe.
Z drugimi besedami, vsak korak postopka porabi nekaj duktilnosti cevi. Ko del deluje, postane trši in če je pretrd, je v bistvu neuporaben. Trdota je krhkost in krhka cev bo pri uporabi verjetno odpovedala.
Ali ima proizvajalec v tem primeru kakšne možnosti? Skratka, da. Ta možnost je žarjenje, in čeprav ni čisto čarobna, je čim bližje magiji.
Laično povedano, žarjenje odstrani vse učinke fizične obremenitve na kovino. Ta postopek segreje kovino na temperaturo za sprostitev napetosti ali temperaturo rekristalizacije, s čimer se odpravijo dislokacije. Odvisno od specifične temperature in časa, uporabljenega v postopku žarjenja, postopek tako obnovi delno ali v celoti njeno duktilnost.
Žarjenje in nadzorovano hlajenje pospešujeta rast zrn. To je koristno, če je cilj zmanjšati krhkost materiala, vendar lahko nenadzorovana rast zrn kovino preveč zmehča, zaradi česar je neuporabna za predvideno uporabo. Prekinitev postopka žarjenja je še ena skoraj čarobna stvar. Kaljenje pri pravi temperaturi s pravim sredstvom za gašenje ob pravem času hitro ustavi postopek, da pridobi jeklo obnovitvene lastnosti.
Ali naj opustimo specifikacijo trdote? ne. Karakteristike trdote so dragocene predvsem kot referenčna točka pri določanju jeklenih cevi. Koristno merilo, trdota je ena od več značilnosti, ki jih je treba določiti pri naročanju cevastega materiala in preveriti ob prejemu (in jih je treba zabeležiti pri vsaki pošiljki). Če je pregled trdote standard za pregled, mora imeti ustrezne vrednosti na lestvici in nadzorna območja.
Vendar pa to ni pravi preizkus za kvalificiranje (sprejemanje ali zavrnitev) materiala. Poleg trdote bi morali proizvajalci občasno testirati pošiljke, da določijo druge pomembne lastnosti, kot so MYS, UTS ali najmanjši raztezek, odvisno od uporabe cevi.
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 je leta 1990 postala prva revija, namenjena industriji kovinskih cevi. Danes ostaja edina publikacija v Severni Ameriki, posvečena industriji, in je postala najbolj zaupanja vreden vir informacij za strokovnjake za cevi.
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje The FABRICATOR, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Digitalna izdaja revije The Tube & Pipe Journal je zdaj v celoti dostopna in omogoča enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Uživajte v polnem dostopu do digitalne izdaje revije STAMPING Journal, ki ponuja najnovejše tehnološke dosežke, najboljše prakse in novice v panogi za trg žigosanja kovin.
Uživajte v polnem dostopu do digitalne izdaje The Additive Report, če želite izvedeti, kako lahko z aditivno proizvodnjo izboljšate operativno učinkovitost in povečate dobiček.
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje The Fabricator en Español, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.