Різні протоколи випробувань (Брінелля, Роквелла, Віккерса) містять процедури, специфічні для проекту, що перевіряється. Тест Роквелла Т підходить для перевірки легких стінних труб, розрізаючи трубу вздовж і перевіряючи стінку від внутрішнього діаметра, а не від зовнішнього.
Замовлення тюбінга схоже на те, щоб піти в автосалон і замовити автомобіль або вантажівку. Сьогодні багато доступних опцій дозволяють покупцям налаштувати автомобіль різними способами — кольори інтер’єру та екстер’єру, пакети внутрішньої обробки, варіанти зовнішнього стилю, вибір трансмісії та аудіосистеми, яка майже конкурує з домашньою розважальною системою. З огляду на всі ці опції, ви можете бути не задоволені стандартним транспортним засобом без надмірностей.
Сталеві труби — це саме те. У них є тисячі варіантів або специфікацій. Крім розмірів, у специфікаціях перераховані хімічні та кілька механічних властивостей, таких як мінімальна межа текучості (MYS), межа міцності на розрив (UTS) і мінімальне подовження до руйнування. Однак багато хто в галузі — інженери, агенти із закупівель і виробники — використовують прийняті галузеві скорочення, які вимагають використання «нормальної» зварної труби та вказують лише одну характеристику: міцність. ність.
Спробуйте замовити автомобіль за однією характеристикою («Мені потрібен автомобіль з автоматичною коробкою передач»), і ви не зайдете занадто далеко з продавцем. Він повинен заповнити форму замовлення з багатьма параметрами. Труба — це саме те: щоб отримати правильну трубу для застосування, виробнику труби потрібно більше інформації, ніж просто твердість.
Як твердість стає загальновизнаним замінником інших механічних властивостей? Ймовірно, все почалося з виробника труб. Оскільки перевірка твердості є швидкою, легкою та потребує відносно недорогого обладнання, продавці труб часто використовують вимірювання твердості, щоб порівняти дві труби. Для проведення перевірки твердості їм потрібна лише гладка довжина труби та випробувальний стенд.
Твердість труби добре корелює з UTS, і, як правило, відсотки або відсоткові діапазони корисні для оцінки MYS, тому легко зрозуміти, як випробування на твердість може бути відповідним проксі для інших властивостей.
Крім того, інші випробування є відносно складними. У той час як випробування на твердість займає лише хвилину або близько того на одній машині, MYS, UTS і випробування на подовження вимагають підготовки зразка та значних інвестицій у велике лабораторне обладнання. Для порівняння оператор трубопрокатного заводу займає кілька секунд, щоб виконати випробування на твердість, і години, щоб професійний технік-металург виконав випробування на розтяг. Перевірити твердість неважко.
Це не означає, що виробники труб не використовують випробування на твердість. Можна з упевненістю сказати, що більшість людей це робить, але оскільки вони проводять оцінку повторюваності вимірювань і відтворюваності на всьому своєму випробувальному обладнанні, вони добре знають про обмеження випробування. Більшість використовує оцінку твердості труб як частину виробничого процесу, але вони не використовують його для кількісної оцінки властивостей труб. Це лише перевірка «пройшов/не пройшов».
Навіщо вам знати про MYS, UTS і мінімальне подовження? Вони вказують, як поводитиметься труба при складанні.
MYS — це мінімальна сила, яка спричиняє постійну деформацію матеріалу. Якщо ви спробуєте злегка зігнути прямий дріт (наприклад, вішалку) і послабити тиск, станеться одна з двох речей: він повернеться у вихідний стан (прямий) або залишиться зігнутим. Якщо він все ще прямий, ви не пройшли MYS. Якщо він все ще зігнутий, ви перевищили його.
Тепер скористайтеся плоскогубцями, щоб затиснути обидва кінці дроту. Якщо ви можете розірвати дріт на дві частини, ви перевищили його UTS. Ви сильно натягнули його, і у вас є два дроти, щоб продемонструвати свої надлюдські зусилля. Якщо початкова довжина дроту становить 5 дюймів, а дві довжини після пошкодження додають 6 дюймів, дріт розтягується на 1 дюйм, або 20%. Фактичний тест на подовження вимірюється в межах 2 дюймів. але все одно – концепція тягового дроту ілюструє UTS.
Зразки сталі на мікрофотографіях потрібно вирізати, відполірувати та протравлювати, використовуючи слабко кислий розчин (зазвичай азотну кислоту та спирт (нітроетанол)), щоб зробити зерна видимими. 100-кратне збільшення зазвичай використовується для перевірки зерен сталі та визначення розміру зерен.
Твердість – це перевірка того, як матеріал реагує на удар. Уявіть, що ви вставляєте короткий шматок труби в лещата із зубчастими губками та повертаєте лещата, щоб закрити. Окрім сплющування труби, губки лещат також залишають поглиблення на поверхні труби.
Так працює тест на твердість, але він не такий грубий. Цей тест має контрольований розмір удару та контрольований тиск. Ці сили деформують поверхню, утворюючи поглиблення або поглиблення. Розмір або глибина поглиблення визначає твердість металу.
Для оцінки сталі загальні випробування на твердість за Брінеллем, Віккерсом і Роквеллом. Кожен має власну шкалу, а деякі мають кілька методів випробування, як-от Rockwell A, B і C. Для сталевих труб специфікація ASTM A513 посилається на випробування Rockwell B (скорочено HRB або RB). Тест Rockwell B вимірює різницю в проникненні сталі сталевою кулькою діаметром 1⁄16 дюйма між малим попереднім натягом і первинним натягом. навантаження 100 кгс. Типовий результат для стандартної м'якої сталі HRB 60.
Матеріалознавці знають, що твердість лінійно пов’язана з UTS. Тому задана твердість може передбачити UTS. Так само виробники труб знають, що MYS і UTS пов’язані. Для зварних труб MYS зазвичай становить від 70% до 85% UTS. Точна величина залежить від процесу виготовлення труби. Твердість HRB 60 відповідає UTS 60 000 фунтів на квадратний дюйм (PSI). ) і MYS 80%, або 48 000 PSI.
Найпоширенішою специфікацією труб у загальному виробництві є максимальна твердість. Крім розміру, інженер був стурбований специфікацією зварної електрозварної (ERW) труби в хорошому робочому діапазоні, що могло б призвести до максимальної твердості, можливо, HRB 60, яка знайшла свій шлях на кресленні компонента. Лише це рішення призводить до ряду остаточних механічних властивостей, включаючи саму твердість.
По-перше, твердість HRB 60 не говорить нам багато. Показання HRB 60 є безрозмірним числом. Матеріал, оцінений за допомогою HRB 59, є м’якшим, ніж матеріал, протестований за допомогою HRB 60, а HRB 61 твердіший за HRB 60, але на скільки? Це не можна кількісно визначити, як об’єм (вимірюється в децибелах), крутний момент (вимірюється у фунтах-футах), швидкість (вимірюється). червоний у відстані відносно часу) або UTS (вимірюється у фунтах на квадратний дюйм). Зчитування HRB 60 не говорить нам нічого конкретного. Це властивість матеріалу, але не фізична властивість. По-друге, випробування твердості не підходить для повторюваності або відтворюваності. Оцінка двох місць на дослідному зразку, навіть якщо місця тестування розташовані близько одне до одного, часто призводить до великої варіації показників твердості. Ця проблема ускладнюється природою Після того, як положення було виміряно, його не можна виміряти вдруге для перевірки результатів. Повторюваність тесту неможлива.
Це не означає, що випробування на твердість незручне. Насправді воно є хорошим орієнтиром для UTS матеріалу, а також це швидкий і простий тест. Однак усі, хто бере участь у специфікації, закупівлі та виробництві труб, повинні знати про його обмеження як тестового параметра.
Оскільки «звичайна» труба не має чіткого визначення, коли це необхідно, виробники труб часто звужують його до двох найбільш часто використовуваних сталевих труб і типів труб, визначених в ASTM A513: 1008 і 1010. Навіть після виключення всіх інших типів труб, можливості з точки зору механічних властивостей цих двох типів труб широко відкриті. Фактично, ці типи труб мають найширший діапазон механічних властивостей будь-якого типу.
Наприклад, трубку називають м’якою, якщо MYS низька, а подовження високе, що означає, що вона краще працює при розтягуванні, прогині та встановленні, ніж труба, описана як тверда, яка має відносно високий MYS і відносно низьке подовження. Це подібно до різниці між м’яким і твердим дротом, наприклад, вішаками для одягу та свердлами.
Подовження саме по собі є ще одним фактором, який має значний вплив на критичні застосування труб. Труби з високим подовженням можуть витримувати сили розтягування;матеріали з низьким подовженням є більш крихкими і, отже, більш схильні до катастрофічних руйнувань типу втоми. Однак подовження не пов’язане безпосередньо з UTS, яке є єдиною механічною властивістю, безпосередньо пов’язаною з твердістю.
Чому механічні властивості труб так різняться? По-перше, різний хімічний склад. Сталь — це твердий розчин заліза, вуглецю та інших важливих сплавів. Для спрощення ми розглядатимемо тут лише відсотковий вміст вуглецю. Атоми вуглецю замінюють деякі атоми заліза, утворюючи кристалічну структуру сталі. ASTM 1008 — це всеохоплюючий первинний сорт із вмістом вуглецю від 0% до 0,10%. Нуль — це дуже особливе число. який створює унікальні властивості, коли вміст вуглецю в сталі є наднизьким. ASTM 1010 визначає вміст вуглецю від 0,08% до 0,13%. Ці відмінності не здаються величезними, але вони достатньо великі, щоб мати значну різницю в інших місцях.
По-друге, сталеву трубу можна виготовити або виготовити, а потім обробляти в семи різних виробничих процесах. ASTM A513, що стосується виробництва труб ERW, перераховує сім типів:
Якщо хімічний склад сталі та етапи виготовлення труби не впливають на твердість сталі, то що? Відповідь на це запитання означає детальне вивчення деталей. Це запитання викликає ще два запитання: які деталі та наскільки близько?
Деталі про зерна, які складають сталь, є першою відповіддю. Коли сталь виготовляється на первинному сталеливарному заводі, вона не охолоджується у величезний блок з однією особливістю. Коли сталь охолоджується, молекули сталі організовуються в повторювані візерунки (кристали), подібно до того, як утворюються сніжинки. Після формування кристалів вони збираються в групи, які називаються зернами. У міру охолодження зерна ростуть і формуються по всьому листу чи пластині. останні молекули сталі поглинаються зернами. Усе це відбувається на мікроскопічному рівні, оскільки середній розмір сталевого зерна становить близько 64 µ або 0,0025 дюйма завширшки. Хоча кожне зерно схоже на наступне, вони не однакові. Вони дещо відрізняються за розміром, орієнтацією та вмістом вуглецю. Поділ між зернами називається межею зерен. Коли сталь руйнується, наприклад, через втомні тріщини, вона має тенденцію до руйнування. вздовж меж зерен.
Як далеко потрібно дивитися, щоб побачити помітні зерна? Достатньо 100-кратного збільшення або 100-кратного людського зору. Однак просто дивлячись на необроблену сталь із 100-кратним збільшенням потужності, нічого не видно. Зразок готується шляхом полірування зразка та травлення поверхні кислотою (зазвичай азотною кислотою та спиртом), що називається нітроетанольним травником.
Саме зерна та їхня внутрішня решітка визначають ударну міцність, MYS, UTS та відносне подовження, які сталь може витримати до руйнування.
Сталеплавильні етапи, такі як гаряча та холодна прокатка смуги, створюють навантаження на зернисту структуру;якщо вони постійно змінюють форму, це означає, що напруга деформує зерно. Інші етапи обробки, такі як згортання сталі в рулони, розмотування її та деформування сталевих зерен через трубний стан (для формування та розміру труби). Холодне витягування труби на оправці також чинить тиск на матеріал, як і етапи виробництва, такі як формування та згинання кінців. Зміни в структурі зерна називаються дислокаціями.
Наведені вище кроки знижують пластичність сталі, тобто її здатність протистояти напрузі розтягування (розтягування). Сталь стає крихкою, а це означає, що вона з більшою ймовірністю зламається, якщо ви продовжуєте над нею працювати. Подовження є одним із компонентів пластичності (стисливість — інший). Важливо розуміти, що руйнування найчастіше відбувається під час напруги розтягування, а не стиснення. Сталь дуже стійка до напруги розтягування через її відносно висока здатність до подовження. Однак сталь легко деформується під напругою стиску – вона пластична, що є перевагою.
Бетон має високу міцність на стиск, але низьку пластичність порівняно з бетоном. Ці властивості протилежні властивостям сталі. Ось чому бетон, який використовується для доріг, будівель і тротуарів, часто доповнюють арматурою. У результаті виходить продукт із міцністю двох матеріалів: сталь міцна під тиском, а бетон – під тиском.
Під час холодної обробки, коли пластичність сталі зменшується, її твердість збільшується. Іншими словами, вона затвердіє. Залежно від ситуації це може бути перевагою;однак це може бути недоліком, оскільки твердість прирівнюється до крихкості. Тобто, коли сталь стає твердішою, вона стає менш еластичною;отже, більша ймовірність невдачі.
Іншими словами, кожен крок процесу споживає частину пластичності труби. Вона стає твердішою, коли деталь працює, і якщо вона надто тверда, вона практично марна. Твердість — це крихкість, і крихка труба, швидше за все, виходить з ладу під час використання.
Чи є у виробника якісь варіанти в цьому випадку? Коротше кажучи, так. Це варіант відпалу, і хоча він не зовсім магічний, він максимально близький до магії.
Говорячи простою мовою, відпал усуває всі наслідки фізичного навантаження на метал. Цей процес нагріває метал до температури зняття напруги або температури рекристалізації, усуваючи таким чином дислокації. Залежно від конкретної температури та часу, використаних у процесі відпалу, процес таким чином відновлює частину або всю його пластичність.
Відпал і контрольоване охолодження сприяють зростанню зерен. Це корисно, якщо метою є зменшення крихкості матеріалу, але неконтрольований ріст зерен може надто пом’якшити метал, зробивши його непридатним для використання за призначенням. Зупинка процесу відпалу — це ще одна майже магічна річ. Загартування при правильній температурі за допомогою відповідного гартуючого агента в потрібний час швидко зупиняє процес, щоб отримати властивості відновлення сталі.
Чи варто відмовитися від специфікації твердості? Ні. Характеристики твердості є цінними насамперед як орієнтир при визначенні сталевих труб. Корисна міра, твердість — це одна з кількох характеристик, які слід вказувати під час замовлення трубного матеріалу та перевіряти після отримання (і слід реєструвати під час кожного відправлення). Якщо перевірка твердості є стандартом перевірки, вона повинна мати відповідні значення шкали та діапазони контролю.
Однак це не є справжнім тестом для кваліфікації (прийняття або відхилення) матеріалу. Крім твердості, виробники повинні час від часу перевіряти поставки для визначення інших відповідних властивостей, таких як MYS, UTS або мінімальне подовження, залежно від застосування труби.
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 став першим журналом, присвяченим обслуговуванню трубної промисловості у 1990 році. Сьогодні він залишається єдиним виданням у Північній Америці, присвяченим галузі, і став найбільш надійним джерелом інформації для трубних професіоналів.
Тепер із повним доступом до цифрової версії The FABRICATOR, легким доступом до цінних галузевих ресурсів.
Цифрове видання The Tube & Pipe Journal тепер повністю доступне, що забезпечує легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Насолоджуйтеся повним доступом до цифрового видання журналу STAMPING Journal, який містить останні технологічні досягнення, найкращі практики та галузеві новини для ринку металевого штампування.
Насолоджуйтеся повним доступом до цифрового видання The Additive Report, щоб дізнатися, як адитивне виробництво можна використовувати для підвищення ефективності роботи та збільшення прибутку.
Тепер із повним доступом до цифрового видання The Fabricator en Español, легким доступом до цінних галузевих ресурсів.