Olika testprotokoll (Brinell, Rockwell, Vickers) har procedurer som är specifika för projektet som testas. Rockwell T-testet är lämpligt för att inspektera lätta väggrör genom att skära av röret på längden och testa väggen från innerdiametern snarare än ytterdiametern.
Att beställa en slang är lite som att gå till en bilhandlare och beställa en bil eller lastbil. I dag gör de många tillgängliga alternativen det möjligt för köpare att anpassa fordonet på en mängd olika sätt – interiöra och exteriöra färger, inredningspaket, alternativ för exteriörer, val av drivlina och ett ljudsystem som nästan konkurrerar med ett hemunderhållningssystem. Med tanke på alla dessa standardalternativ kanske du inte har några standardalternativ.
Stålrör är just det. Det har tusentals alternativ eller specifikationer. Förutom dimensioner listar specifikationen kemiska och flera mekaniska egenskaper såsom minimal sträckgräns (MYS), maximal draghållfasthet (UTS) och minsta töjning innan fel. Men många i branschen – ingenjörer, inköpsagenter och tillverkare – använder endast en branschförkortning av en hårdhet och en specifik hårdhet som kräver en branschförkortning.
Prova att beställa en bil med en enda egenskap ("Jag behöver en bil med automatisk växellåda") och du kommer inte för långt med en säljare. Han måste fylla i ett beställningsformulär med många alternativ. Rör är just det – för att få rätt rör för applikationen behöver rörtillverkaren mer information än bara hårdhet.
Hur blir hårdhet ett erkänt substitut för andra mekaniska egenskaper? Det började förmodligen med en rörtillverkare. Eftersom hårdhetstestning är snabb, enkel och kräver relativt billig utrustning, använder rörförsäljare ofta hårdhetstestning för att jämföra två rör. För att utföra ett hårdhetstest behöver de bara ha en jämn längd på röret och ett provställ.
Rörhårdhet korrelerar bra med UTS, och som en tumregel är procentsatser eller procentintervall till hjälp för att uppskatta MYS, så det är lätt att se hur hårdhetstestning kan vara en lämplig proxy för andra egenskaper.
Andra tester är också relativt komplexa. Även om hårdhetstestning bara tar någon minut på en enskild maskin, kräver MYS, UTS och töjningstestning provförberedelser och betydande investeringar i stor laboratorieutrustning. Som jämförelse tar det sekunder för en rörfabriksoperatör att utföra ett hårdhetstest och timmar för en professionell metallurgisk tekniker att utföra en hårdhetskontroll att utföra ett dragtest.
Därmed inte sagt att tillverkare av konstruerade rör inte använder hårdhetstestning. Det är säkert att säga att de flesta gör det, men eftersom de gör bedömningar av repeterbarhet och reproducerbarhet på all sin testutrustning är de väl medvetna om testets begränsningar. De flesta använder sig av att bedöma rörhårdheten som en del av produktionsprocessen, men de använder det inte för att kvantifiera teströrets egenskaper/misslyckande.
Varför behöver du veta om MYS, UTS och minsta förlängning? De indikerar hur röret kommer att bete sig vid montering.
MYS är den minsta kraften som orsakar permanent deformation av materialet. Om du försöker böja en rak tråd (som en klädhängare) något och släpper trycket kommer en av två saker att hända: den kommer att fjädra tillbaka till sitt ursprungliga tillstånd (rak) eller så förblir den böjd. Om den fortfarande är rak har du inte kommit förbi MYS. Om den fortfarande är böjd har du överskjutit.
Använd nu en tång för att klämma fast trådens båda ändar. Om du kan riva tråden i två delar är du över dess UTS. Du sätter mycket spänning på den och du har två trådar för att visa din övermänskliga ansträngning. Om den ursprungliga längden på tråden är 5 tum, och de två längderna efter fel summerar till 6 tum, är tråden mätt med 20 tums sträckning eller 20 tum. 2 tum av felpunkten, men vad som helst – dragtrådskonceptet illustrerar UTS.
Mikrofotografiprover av stål måste skäras, poleras och etsas med en svagt sur lösning (vanligtvis salpetersyra och alkohol (nitroetanol)) för att göra kornen synliga. 100x förstoring används vanligtvis för att inspektera stålkorn och bestämma kornstorlek.
Hårdhet är ett test av hur ett material reagerar på stötar. Föreställ dig att du sätter en kort bit av röret i ett skruvstäd med tandade käftar och vrider skruvstädet för att stänga. Utöver att platta till röret lämnar skruvstädets käftar även fördjupningar på ytan av röret.
Det är så hårdhetstestet fungerar, men det är inte så grovt. Det här testet har en kontrollerad slagstorlek och kontrollerat tryck. Dessa krafter deformerar ytan och skapar en fördjupning eller fördjupning. Storleken eller djupet på fördjupningen avgör metallens hårdhet.
För att utvärdera stål är vanliga hårdhetstester Brinell, Vickers och Rockwell. Var och en har sin egen skala, och vissa har flera testmetoder, såsom Rockwell A, B och C. För stålrör refererar ASTM-specifikationen A513 till Rockwell B-testet (förkortat HRB eller RB). Rockwell B-testet mäter skillnaden i förlast av stål med en diameter på 1⁄6 av en primär stålkula med en 1⁄6-diameter på stålkulan. 100 kgf. Ett typiskt resultat för standardstål är HRB 60.
Materialforskare vet att hårdhet är linjärt relaterad till UTS. Därför kan en given hårdhet förutsäga UTS. På samma sätt vet rörtillverkarna att MYS och UTS är relaterade. För svetsade rör är MYS vanligtvis 70 % till 85 % av UTS. Den exakta mängden beror på processen för att göra röret. PSI) och en MYS på 80 %, eller 48 000 PSI.
Den vanligaste rörspecifikationen inom allmän tillverkning är maximal hårdhet. Utöver storleken var ingenjören angelägen om att specificera ett svetsat elektriskt motståndssvetsat (ERW) rör inom ett bra arbetsområde, vilket kan resultera i att en maximal hårdhet på möjligen HRB 60 hittar sin väg på komponentritningen. Bara detta beslut leder till en rad slutliga mekaniska egenskaper för hårdheten, inklusive hårdhet i sig.
För det första säger hårdheten hos HRB 60 oss inte så mycket. Avläsningen HRB 60 är ett dimensionslöst tal. Materialet som utvärderats med HRB 59 är mjukare än materialet som testats med HRB 60, och HRB 61 är hårdare än HRB 60, men med hur mycket? ed i avstånd i förhållande till tid), eller UTS (mätt i pounds per kvadrattum). Att läsa HRB 60 säger oss inget specifikt. Detta är en egenskap hos materialet, men inte en fysisk egenskap. För det andra är hårdhetstestning inte lämplig för repeterbarhet eller reproducerbarhet. Att utvärdera två platser på ett provexemplar, även om testplatserna är nära varandras hårdhet, resulterar ofta i läsningen av den här typen av hårdhet. .Efter att en position har mätts kan den inte mätas en andra gång för att verifiera resultaten. Testrepeterbarhet är inte möjlig.
Detta betyder inte att hårdhetstestning är obekvämt. Det ger faktiskt en bra guide för ett material UTS, och det är ett snabbt och enkelt test att utföra. Alla som är involverade i att specificera, köpa och tillverka rör bör dock vara medvetna om dess begränsningar som en testparameter.
Eftersom "normala" rör inte är väldefinierade, när det behövs, begränsar rörtillverkarna ofta det till de två vanligaste stålrörs- och rörtyperna definierade i ASTM A513: 1008 och 1010. Även efter att alla andra rörtyper har eliminerats, är möjligheterna när det gäller mekaniska egenskaper för dessa två rörtyper vidöppna. Faktum är att dessa rörtyper har det bredaste utbudet av mekaniska egenskaper.
Exempelvis beskrivs ett rör som mjukt om MYS är lågt och töjningen är hög, vilket betyder att den presterar bättre i drag, nedböjning och härdning än ett rör som beskrivs som hårt, som har en relativt hög MYS och relativt låg töjning. Detta liknar skillnaden mellan mjuk och hård tråd, såsom klädhängare och borrar.
Själva töjningen är en annan faktor som har en betydande inverkan på kritiska rörapplikationer. Rör med hög töjning kan motstå dragkrafter;material med låg töjning är mer spröda och därför mer benägna att drabbas av katastrofala utmattningsfel. Töjningen är dock inte direkt relaterad till UTS, som är den enda mekaniska egenskapen som är direkt relaterad till hårdhet.
Varför varierar de mekaniska egenskaperna hos rören så mycket?För det första är den kemiska sammansättningen annorlunda.Stål är en fast lösning av järn och kol och andra viktiga legeringar.För enkelhetens skull kommer vi bara att ta itu med kolprocenter här.Kolatomer ersätter en del av järnatomerna och bildar stålets kristallstruktur.ASTM 1008 är en primärhalt på 0% till 0%. en mycket speciell siffra som ger unika egenskaper när kolhalten i stål är ultralåg.ASTM 1010 specificerar en kolhalt mellan 0,08 % och 0,13 %. Dessa skillnader verkar inte stora, men de är tillräckligt stora för att göra stor skillnad någon annanstans.
För det andra kan stålröret tillverkas eller tillverkas och därefter bearbetas i sju olika tillverkningsprocesser.ASTM A513 relaterad till ERW-rörproduktion listar sju typer:
Om den kemiska sammansättningen av stålet och rörtillverkningsstegen inte har någon inverkan på stålets hårdhet, vad är det då? Att svara på den här frågan innebär att gå igenom detaljerna. Den här frågan väcker ytterligare två frågor: Vilka detaljer och hur nära?
Detaljer om kornen som utgör stålet är det första svaret.När stål tillverkas vid ett primärt stålverk, kyls det inte till ett stort block med en enda egenskap. När stålet svalnar organiseras stålets molekyler i upprepade mönster (kristaller), liknande hur snöflingor bildas. Efter att kristaller har bildats, samlas de till grupper som kallas korn och bildas genomgående. växer när de sista stålmolekylerna absorberas av kornen. Allt detta händer på mikroskopisk nivå eftersom den genomsnittliga storleken på stålkornen är cirka 64 µ eller 0,0025 tum bred. Även om varje korn liknar nästa, är de inte samma. De varierar något i storlek, orientering och kolhalt. Gränssnittet mellan stålkornsgränser, t.ex. det tenderar att misslyckas längs korngränserna.
Hur långt måste man titta för att se urskiljbara korn? 100x förstoring, eller 100x mänsklig syn, räcker. Men bara man tittar på obehandlat stål med 100 gånger kraften avslöjar inte mycket. Provet förbereds genom att man polerar provet och etsar ytan med en syra (vanligtvis salpetersyra och alkohol) som kallas nitroetanol.
Det är kornen och deras inre galler som bestämmer slaghållfastheten, MYS, UTS och töjningen ett stål tål innan brott.
Steg för tillverkning av stål, såsom varm- och kallvalsning av band, utsätter spänningar för kornstrukturen;om de permanent ändrar form betyder detta att spänningen deformerar kornet. Andra bearbetningssteg, som att linda stålet till rullar, linda upp det och deformera stålkornen genom en rörkvarn (för att forma och dimensionera röret). Kalldragning av röret på dornen sätter också tryck på materialet, liksom tillverkningssteg och böjning av ändstrukturer som t.ex.
Ovanstående steg utarmar stålets duktilitet, vilket är dess förmåga att motstå dragpåkänning (öppningspåkänning). Stål blir sprött, vilket betyder att det är mer benäget att gå sönder om du fortsätter att arbeta på det. Förlängning är en komponent i duktiliteten (kompressibilitet är en annan). Det är viktigt att förstå att brott oftast uppstår under relativt hög dragpåkänning eller inte är dragpåkänning eller lång. Stål deformeras dock lätt under tryckspänning – det är formbart – vilket är en fördel.
Betong har hög tryckhållfasthet men låg duktilitet jämfört med betong. Dessa egenskaper är motsatta de hos stål. Det är därför betong som används för vägar, byggnader och trottoarer ofta förses med armeringsjärn. Resultatet är en produkt med styrkan hos två material: under spänning är stål starkt, och under tryck, betong.
Under kallbearbetning, när stålets formbarhet minskar, ökar dess hårdhet. Med andra ord kommer det att härda. Beroende på situationen kan detta vara en fördel;det kan dock vara en nackdel eftersom hårdhet är likställt med sprödhet. Det vill säga när stål blir hårdare blir det mindre elastiskt;därför är det mer sannolikt att det misslyckas.
Med andra ord, varje processsteg förbrukar en del av rörets duktilitet. Det blir svårare när delen fungerar, och om det är för hårt är det i princip värdelöst. Hårdhet är sprödhet, och ett sprött rör kommer sannolikt att gå sönder när det används.
Har tillverkaren några alternativ i det här fallet? Kort sagt, ja. Det alternativet är glödgning, och även om det inte är helt magiskt, är det så nära magi som du kan komma.
I lekmannatermer tar glödgning bort alla effekter av fysisk belastning på metallen. Denna process värmer metallen till en spänningsavlastnings- eller omkristallisationstemperatur och eliminerar därigenom dislokationer. Beroende på den specifika temperatur och tid som används i glödgningsprocessen återställer processen således en del eller hela dess duktilitet.
Glödgning och kontrollerad kylning främjar korntillväxt. Det här är fördelaktigt om målet är att minska materialets sprödhet, men okontrollerad korntillväxt kan mjuka upp metallen för mycket, vilket gör den oanvändbar för dess avsedda användning. Att stoppa glödgningsprocessen är en annan nästan magisk sak. Släckning vid rätt temperatur med rätt härdningsmedel ger snabba härdningsmedel för att få stålets återhämtning vid rätt tidpunkt.
Ska vi släppa hårdhetsspecifikationen?nr.Hårdhetsegenskaper är värdefulla i första hand som referenspunkt vid specificering av stålrör. Ett användbart mått, hårdhet är en av flera egenskaper som bör specificeras vid beställning av rörformigt material och kontrolleras vid mottagandet (och bör registreras vid varje leverans). När hårdhetsinspektionen är lämplig inspektionsskala, bör den ha och lämpliga kontrollskalavärden.
Det är dock inte ett sant test för att kvalificera (acceptera eller förkasta) material. Förutom hårdhet bör tillverkare då och då testa försändelser för att fastställa andra relevanta egenskaper, såsom MYS, UTS eller minsta förlängning, beroende på applikationen av röret.
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 blev den första tidningen dedikerad till att tjäna metallrörsindustrin 1990. Idag är den den enda publikationen i Nordamerika som är dedikerad till branschen och har blivit den mest pålitliga informationskällan för rörproffs.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The FABRICATOR, enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Den digitala utgåvan av The Tube & Pipe Journal är nu fullt tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Njut av full tillgång till den digitala utgåvan av STAMPING Journal, som ger de senaste tekniska framstegen, bästa praxis och branschnyheter för metallstämpelmarknaden.
Njut av full tillgång till den digitala utgåvan av The Additive Report för att lära dig hur additiv tillverkning kan användas för att förbättra operativ effektivitet och öka vinsten.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The Fabricator en Español, enkel tillgång till värdefulla industriresurser.