Çeşitli test protokolleri (Brinell, Rockwell, Vickers) test edilen projeye özgü prosedürlere sahiptir. Rockwell T testi, hafif duvar tüplerini uzunlamasına keserek ve duvarın dış çapından ziyade iç çapından test edilmesi yoluyla incelemek için uygundur.
Bir boru siparişi vermek, bir araba bayisine gidip araba veya kamyon sipariş etmeye benzer. Günümüzde, mevcut birçok seçenek, alıcıların aracı çeşitli şekillerde özelleştirmesine olanak tanır: iç ve dış renkler, iç döşeme paketleri, dış stil seçenekleri, güç aktarma organı seçenekleri ve bir ev eğlence sistemine neredeyse rakip olabilecek bir ses sistemi. Tüm bu seçenekler göz önüne alındığında, standart, sade bir araçtan memnun kalmayabilirsiniz.
Çelik borular tam da budur. Binlerce seçeneği veya özelliği vardır. Özellikler, boyutlara ek olarak, minimum akma dayanımı (MYS), nihai çekme dayanımı (UTS) ve arızadan önce minimum uzama gibi kimyasal ve çeşitli mekanik özellikleri listeler. Ancak, sektördeki birçok kişi (mühendisler, satın alma temsilcileri ve üreticiler) "normal" kaynaklı boru kullanımını gerektiren ve yalnızca bir özelliği belirten kabul görmüş endüstri kısaltmalarını kullanır: sertlik.
Bir arabayı tek bir özelliğe göre sipariş etmeye çalışın ("Otomatik şanzımanlı bir arabaya ihtiyacım var") ve bir satıcıyla çok ileri gidemezsiniz. Birçok seçeneğin bulunduğu bir sipariş formu doldurması gerekir. Boru tam da budur - uygulama için doğru boruyu elde etmek için, boru üreticisinin sertlikten daha fazla bilgiye ihtiyacı vardır.
Sertlik diğer mekanik özelliklerin tanınmış bir ikamesi nasıl oldu?Muhtemelen bir boru üreticisiyle başladı. Sertlik testi hızlı, kolay ve nispeten ucuz ekipman gerektirdiğinden, boru satıcıları genellikle iki boruyu karşılaştırmak için sertlik testini kullanırlar. Sertlik testi yapmak için ihtiyaç duydukları tek şey pürüzsüz bir boru uzunluğu ve bir test standıdır.
Boru sertliği UTS ile iyi bir korelasyona sahiptir ve kural olarak, yüzdeler veya yüzde aralıkları MYS'yi tahmin etmede yardımcı olur, bu nedenle sertlik testinin diğer özellikler için uygun bir vekil olabileceğini görmek kolaydır.
Ayrıca, diğer testler nispeten karmaşıktır. Sertlik testi tek bir makinede yalnızca bir dakika kadar sürerken, MYS, UTS ve uzama testi numune hazırlama ve büyük laboratuvar ekipmanlarına önemli yatırım gerektirir. Karşılaştırma yapmak gerekirse, bir boru değirmeni operatörünün sertlik testi yapması saniyeler alırken, profesyonel bir metalurji teknisyeninin çekme testi yapması saatler alır. Sertlik kontrolü yapmak zor değildir.
Bu, mühendislik ürünü boru üreticilerinin sertlik testi kullanmadığı anlamına gelmez. Çoğu kişinin kullandığını söylemek güvenlidir, ancak tüm test ekipmanlarında tekrarlanabilirlik ve yeniden üretilebilirlik değerlendirmeleri yaptıkları için testin sınırlamalarının gayet farkındadırlar. Çoğu, boru sertliğini değerlendirmeyi üretim sürecinin bir parçası olarak kullanır, ancak bunu boru özelliklerini ölçmek için kullanmazlar. Bu sadece bir geçme/kalma testidir.
MYS, UTS ve minimum uzama hakkında neden bilgi sahibi olmanız gerekir? Bunlar borunun montaj sırasında nasıl davranacağını gösterir.
MYS, malzemenin kalıcı deformasyonuna neden olan minimum kuvvettir. Düz bir teli (örneğin bir elbise askısı) hafifçe bükmeye çalışırsanız ve basıncı serbest bırakırsanız, iki şeyden biri olur: tel orijinal durumuna (düz) geri döner veya bükülmüş halde kalır. Hala düzse, MYS sınırını aşamamışsınızdır. Hala bükülmüşse, sınırı aşmışsınızdır.
Şimdi, pense kullanarak telin her iki ucunu sıkıştırın. Teli iki parçaya ayırabiliyorsanız, UTS'sini aşmışsınız demektir. Üzerine çok fazla gerilim uygularsınız ve insanüstü çabanızı göstermek için iki teliniz olur. Telin orijinal uzunluğu 5 inç ise ve kopmadan sonraki iki uzunluk 6 inç ediyorsa, tel 1 inç veya %20 gerilir. Gerçek uzama testi, kopma noktasından 2 inç içinde ölçülür, ancak ne olursa olsun - çekme teli konsepti UTS'yi gösterir.
Çelik fotomikrograf numunelerinin, taneciklerin görünür hale getirilmesi için hafif asidik bir solüsyon (genellikle nitrik asit ve alkol (nitroetanol)) kullanılarak kesilmesi, cilalanması ve aşındırılması gerekir. Çelik taneciklerini incelemek ve tane boyutunu belirlemek için genellikle 100x büyütme kullanılır.
Sertlik, bir malzemenin darbeye nasıl tepki verdiğinin bir testidir. Kısa bir boru parçasını tırtıklı çeneleri olan bir mengeneye yerleştirdiğinizi ve mengeneyi kapatacak şekilde çevirdiğinizi düşünün. Mengenenin çeneleri boruyu düzleştirmenin yanı sıra borunun yüzeyinde çentikler de bırakır.
Sertlik testi böyle çalışır, ancak o kadar da kaba değildir. Bu testin kontrollü bir darbe boyutu ve kontrollü bir basıncı vardır. Bu kuvvetler yüzeyi deforme ederek girinti veya oyuklar oluşturur. Girintinin boyutu veya derinliği metalin sertliğini belirler.
Çelik değerlendirmesi için yaygın sertlik testleri Brinell, Vickers ve Rockwell'dir. Her birinin kendi ölçeği vardır ve bazılarının Rockwell A, B ve C gibi birden fazla test yöntemi vardır. Çelik borular için ASTM Spesifikasyonu A513, Rockwell B testine (HRB veya RB olarak kısaltılır) atıfta bulunur. Rockwell B testi, küçük bir ön yük ile 100 kgf'lik birincil yük arasındaki 1⁄16 inç çapındaki bir çelik bilyenin çeliğe nüfuz etmesindeki farkı ölçer. Standart yumuşak çelik için tipik bir sonuç HRB 60'tır.
Malzeme bilimcileri sertliğin UTS ile doğrusal olarak ilişkili olduğunu bilirler. Bu nedenle, belirli bir sertlik UTS'yi tahmin edebilir. Aynı şekilde, boru üreticileri MYS ve UTS'nin ilişkili olduğunu bilirler. Kaynaklı borular için MYS genellikle UTS'nin %70 ila %85'idir. Kesin miktar borunun yapım sürecine bağlıdır. HRB 60 sertliği, 60.000 pound/inç kare (PSI) UTS ve %80 veya 48.000 PSI MYS ile ilişkilidir.
Genel üretimde en yaygın boru spesifikasyonu maksimum sertliktir. Mühendis, boyuta ek olarak, iyi bir çalışma aralığında kaynaklı elektrik direnç kaynaklı (ERW) bir boruyu belirlemekle ilgileniyordu; bu, muhtemelen HRB 60'lık bir maksimum sertliğin parça çiziminde yer almasıyla sonuçlanabilirdi. Bu karar tek başına, sertliğin kendisi de dahil olmak üzere bir dizi nihai mekanik özelliğe yol açar.
Öncelikle, HRB 60'ın sertliği bize fazla bir şey söylemez. HRB 60 okuması boyutsal olmayan bir sayıdır. HRB 59 ile değerlendirilen malzeme, HRB 60 ile test edilen malzemeden daha yumuşaktır ve HRB 61, HRB 60'tan daha serttir, ancak ne kadar? Hacim (desibel olarak ölçülür), tork (pound-feet olarak ölçülür), hız (zamana göre mesafe olarak ölçülür) veya UTS (inç kare başına pound olarak ölçülür) gibi niceliksel olarak belirlenemez. HRB 60'ı okumak bize belirli bir şey söylemez. Bu, malzemenin bir özelliğidir, ancak fiziksel bir özellik değildir. İkincisi, sertlik testi tekrarlanabilirlik veya yeniden üretilebilirlik için uygun değildir. Bir test numunesindeki iki konumu değerlendirmek, test konumları birbirine yakın olsa bile, genellikle sertlik okumalarında büyük bir varyasyona neden olur. Bu sorunu daha da karmaşık hale getiren şey testin doğasıdır. Bir konum ölçüldükten sonra, Sonuçları doğrulayın. Testin tekrarlanabilirliği mümkün değildir.
Bu, sertlik testinin elverişsiz olduğu anlamına gelmez. Aslında, bir malzemenin UTS'si için iyi bir kılavuz sağlar ve gerçekleştirilmesi hızlı ve kolay bir testtir. Ancak, boruları belirleme, satın alma ve üretmeyle ilgilenen herkes, bir test parametresi olarak bunun sınırlamalarının farkında olmalıdır.
“Normal” boru iyi tanımlanmadığı için, gerektiğinde boru üreticileri genellikle bunu ASTM A513: 1008 ve 1010'da tanımlanan en yaygın kullanılan iki çelik boru ve boru tipine daraltırlar. Diğer tüm boru tiplerini eledikten sonra bile, bu iki boru tipinin mekanik özellikler açısından olanakları oldukça açıktır. Aslında, bu boru tipleri herhangi bir tipin en geniş mekanik özellik aralığına sahiptir.
Örneğin, MYS değeri düşük ve uzama değeri yüksek olan bir boru yumuşak olarak tanımlanır; bu da çekme, sapma ve sertleşmede, nispeten yüksek MYS ve nispeten düşük uzamaya sahip olan sert olarak tanımlanan bir borudan daha iyi performans gösterdiği anlamına gelir. Bu, elbise askıları ve matkaplar gibi yumuşak ve sert teller arasındaki farka benzer.
Uzama, kritik boru uygulamaları üzerinde önemli bir etkiye sahip olan bir diğer faktördür. Yüksek uzama oranına sahip borular çekme kuvvetlerine dayanabilir; düşük uzama oranına sahip malzemeler daha kırılgandır ve bu nedenle felaket düzeyinde yorulma tipi arızalara daha yatkındır. Ancak uzama, sertlikle doğrudan ilişkili tek mekanik özellik olan UTS ile doğrudan ilişkili değildir.
Boruların mekanik özellikleri neden bu kadar çok değişir? Birincisi, kimyasal bileşimleri farklıdır. Çelik, demir ve karbonun ve diğer önemli alaşımların katı bir çözeltisidir. Basit olması açısından, burada yalnızca karbon yüzdeleriyle ilgileneceğiz. Karbon atomları, çeliğin kristal yapısını oluşturarak bazı demir atomlarının yerini alır. ASTM 1008, %0 ila %0,10 karbon içeriğine sahip kapsamlı bir birincil sınıftır. Sıfır, çelikteki karbon içeriği çok düşük olduğunda benzersiz özellikler üreten çok özel bir sayıdır. ASTM 1010, %0,08 ile %0,13 arasında bir karbon içeriği belirtir. Bu farklılıklar çok büyük görünmeyebilir, ancak başka yerlerde büyük bir fark yaratmaya yetecek kadar büyüktür.
İkinci olarak, çelik boru yedi farklı üretim prosesinde üretilebilir veya üretilip daha sonra işlenebilir. ERW boru üretimi ile ilgili ASTM A513 yedi türü listeler:
Çeliğin kimyasal bileşimi ve boru üretim aşamaları çeliğin sertliği üzerinde bir etkiye sahip değilse, nedir? Bu soruyu cevaplamak ayrıntıları incelemek anlamına gelir. Bu soru iki soruyu daha gündeme getiriyor: Hangi ayrıntılar ve ne kadar yakın?
Çeliği oluşturan taneler hakkında ayrıntılar ilk cevaptır. Çelik birincil bir çelik fabrikasında üretildiğinde, tek bir özelliğe sahip büyük bir bloğa soğumaz. Çelik soğudukça, çeliğin molekülleri kar tanelerinin oluşumuna benzer şekilde tekrarlayan desenlerde (kristaller) organize olur. Kristaller oluştuktan sonra, tane adı verilen gruplara toplanırlar. Soğuma ilerledikçe, taneler büyür ve sac veya plaka boyunca oluşur. Son çelik molekülleri taneler tarafından emildikçe taneler büyümeyi durdurur. Tüm bunlar mikroskobik düzeyde gerçekleşir çünkü ortalama boyuttaki çelik tanesi yaklaşık 64 µ veya 0,0025 inç genişliğindedir. Her bir tane bir sonrakine benzer olsa da aynı değildirler. Boyut, yönelim ve karbon içeriği bakımından biraz farklılık gösterirler. Taneler arasındaki arayüze tane sınırı denir. Çelik, örneğin yorulma çatlakları nedeniyle bozulduğunda, tane sınırları boyunca bozulma eğilimindedir.
Fark edilebilir tanecikleri görmek için ne kadar uzağa bakmanız gerekir? 100x büyütme veya 100x insan görüşü yeterlidir. Ancak, işlenmemiş çeliğe 100 kat güçle bakmak çok fazla şey ortaya çıkarmaz. Numune, numunenin parlatılması ve yüzeyinin nitroetanol aşındırıcı adı verilen bir asitle (genellikle nitrik asit ve alkol) aşındırılmasıyla hazırlanır.
Bir çeliğin kırılmadan önce dayanabileceği darbe dayanımını, MYS, UTS ve uzamayı belirleyen şey taneler ve bunların iç kafesleridir.
Çelik yapım adımları, örneğin şeridin sıcak ve soğuk haddelenmesi, tane yapısına gerilim uygular; eğer kalıcı olarak şekil değiştirirlerse, bu gerilimin taneyi deforme ettiği anlamına gelir. Çeliği bobinlere sarmak, rulosunu açmak ve bir boru değirmeni aracılığıyla çelik tanelerini deforme etmek (boruyu oluşturmak ve boyutlandırmak için) gibi diğer işleme adımları. Borunun mandrel üzerinde soğuk çekilmesi de, uç şekillendirme ve bükme gibi üretim adımlarında olduğu gibi malzemeye basınç uygular. Tane yapısındaki değişikliklere çıkık adı verilir.
Yukarıdaki adımlar çeliğin sünekliğini, yani çekme (çekme-açma) gerilimine dayanma kabiliyetini azaltır. Çelik gevrek hale gelir, bu da üzerinde çalışmaya devam ederseniz kırılma olasılığının daha yüksek olduğu anlamına gelir. Uzama, sünekliğin bir bileşenidir (sıkıştırılabilirlik bir diğeridir). Arızanın çoğunlukla sıkıştırma sırasında değil çekme gerilimi sırasında meydana geldiğini anlamak önemlidir. Çelik, nispeten yüksek uzama kapasitesi nedeniyle çekme gerilimine karşı çok dirençlidir. Ancak çelik, basınç gerilimi altında kolayca deforme olur - sünektir - bu bir avantajdır.
Beton, betona kıyasla yüksek basınç dayanımına ancak düşük sünekliğe sahiptir. Bu özellikler çeliğin tam tersidir. Bu nedenle yollar, binalar ve kaldırımlar için kullanılan beton genellikle donatılarla donatılır. Sonuç olarak iki malzemenin mukavemetine sahip bir ürün ortaya çıkar: gerilim altında çelik güçlüdür ve basınç altında beton güçlüdür.
Soğuk işlem sırasında çeliğin sünekliği azaldıkça sertliği artar. Yani sertleşir. Duruma göre bu bir avantaj olabilir; ancak sertlik kırılganlıkla eş tutulduğu için dezavantaj da olabilir. Yani çelik sertleştikçe elastikliği azalır; bu nedenle bozulma olasılığı artar.
Başka bir deyişle, her işlem adımı borunun sünekliğinin bir kısmını tüketir. Parça çalıştıkça daha da sertleşir ve çok sertse temelde işe yaramaz. Sertlik kırılganlıktır ve kırılgan bir borunun kullanıldığında bozulması muhtemeldir.
Üreticinin bu durumda herhangi bir seçeneği var mı? Kısacası, evet. Bu seçenek tavlamadır ve tam olarak büyülü olmasa da, büyüye olabildiğince yakındır.
Basit bir ifadeyle tavlama, metal üzerindeki fiziksel stresin tüm etkilerini ortadan kaldırır. Bu işlem, metali stres giderme veya yeniden kristalleşme sıcaklığına kadar ısıtır ve böylece çıkıklıkları ortadan kaldırır. Tavlama işleminde kullanılan özel sıcaklık ve zamana bağlı olarak, işlem metalin sünekliğinin bir kısmını veya tamamını geri kazandırır.
Tavlama ve kontrollü soğutma, tane büyümesini teşvik eder. Bu, amaç malzemenin kırılganlığını azaltmaksa faydalıdır, ancak kontrolsüz tane büyümesi metali çok fazla yumuşatabilir ve amaçlanan kullanımı için kullanılamaz hale getirebilir. Tavlama sürecini durdurmak da neredeyse sihirli bir şeydir. Doğru zamanda doğru söndürme maddesiyle doğru sıcaklıkta söndürme, çeliğin kurtarma özelliklerini elde etmek için süreci hızla durdurur.
Sertlik spesifikasyonunu düşürmeli miyiz?hayır. Sertlik özellikleri, öncelikle çelik boruları belirlerken bir referans noktası olarak değerlidir. Yararlı bir ölçü olan sertlik, boru şeklindeki malzeme siparişi verilirken belirtilmesi ve teslim alındığında kontrol edilmesi gereken (ve her sevkiyatta kaydedilmesi gereken) birkaç özellikten biridir. Sertlik muayenesi muayene standardı olduğunda, uygun ölçek değerlerine ve kontrol aralıklarına sahip olmalıdır.
Ancak bu, malzemeyi nitelendirmek (kabul etmek veya reddetmek) için gerçek bir test değildir. Üreticiler, sertliğe ek olarak, borunun uygulamasına bağlı olarak MYS, UTS veya minimum uzama gibi diğer ilgili özellikleri belirlemek için zaman zaman sevkiyatları test etmelidir.
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, 1990 yılında metal boru sektörüne hizmet etmeye adanmış ilk dergi oldu. Günümüzde, Kuzey Amerika'da sektöre adanmış tek yayın olmaya devam ediyor ve boru profesyonelleri için en güvenilir bilgi kaynağı haline geldi.
Artık The FABRICATOR'ın dijital edisyonuna tam erişimle, değerli sektör kaynaklarına kolayca erişin.
The Tube & Pipe Journal'ın dijital versiyonu artık tamamen erişilebilir durumda ve değerli sektör kaynaklarına kolay erişim sağlıyor.
Metal damgalama pazarı için en son teknolojik gelişmeleri, en iyi uygulamaları ve sektör haberlerini sağlayan STAMPING Dergisi'nin dijital baskısına tam erişimin keyfini çıkarın.
Katmanlı üretimin operasyonel verimliliği artırmak ve kârı yükseltmek için nasıl kullanılabileceğini öğrenmek için The Additive Report'un dijital sürümüne tam erişimin keyfini çıkarın.
Artık The Fabricator en Español'un dijital edisyonuna tam erişimle, değerli sektör kaynaklarına kolayca erişin.