Každý testovací protokol (Brinell, Rockwell, Vickers) má postupy špecifické pre testovaný objekt.Rockwellov t-test je užitočný na testovanie tenkostenných rúr rozrezaním rúry pozdĺžne a kontrolou steny rúry podľa vnútorného priemeru, a nie podľa vonkajšieho priemeru.
Objednávanie fajok je trochu ako ísť do predajne áut a objednať si auto alebo kamión.Teraz je k dispozícii množstvo možností, ktoré umožňujú kupujúcim prispôsobiť si auto rôznymi spôsobmi – farby interiéru a exteriéru, balíky výbavy, možnosti vonkajšieho štýlu, výber pohonných jednotiek a audio systém, ktorý je takmer taký dobrý ako systém domácej zábavy.So všetkými týmito možnosťami sa pravdepodobne neuspokojíte so štandardným autom bez zbytočností.
To platí pre oceľové rúry.Má tisíce možností alebo špecifikácií.Okrem rozmerov špecifikácia uvádza chemické vlastnosti a niekoľko mechanických vlastností, ako je minimálna medza klzu (MYS), medza pevnosti v ťahu (UTS) a minimálne predĺženie do porušenia.Mnohí v tomto odvetví – inžinieri, nákupcovia a výrobcovia – však používajú skratku tohto odvetvia a požadujú „jednoduché“ zvárané rúry a uvádzajú iba jednu charakteristiku: tvrdosť.
Skúste si objednať auto podľa jednej charakteristiky („Potrebujem auto s automatickou prevodovkou“) a s predajcom ďaleko nezájdete.Musí vyplniť formulár s množstvom možností.To je prípad oceľových rúr: na získanie rúry vhodnej pre danú aplikáciu potrebuje výrobca rúr oveľa viac informácií ako tvrdosť.
Ako sa tvrdosť stala akceptovanou náhradou iných mechanických vlastností?Začalo to asi u výrobcov rúr.Pretože testovanie tvrdosti je rýchle, jednoduché a vyžaduje relatívne lacné vybavenie, predajcovia rúr často používajú testovanie tvrdosti na porovnanie dvoch typov rúr.Všetko, čo potrebujú na vykonanie skúšky tvrdosti, je hladký kus rúry a skúšobné zariadenie.
Tvrdosť rúr úzko súvisí s UTS a orientačné pravidlo (percentuálny alebo percentuálny rozsah) je užitočné na odhad MYS, takže je ľahké vidieť, ako môže byť testovanie tvrdosti vhodnou náhradou za iné vlastnosti.
Ostatné testy sú navyše pomerne náročné.Zatiaľ čo testovanie tvrdosti trvá len asi minútu na jednom stroji, testy MYS, UTS a predĺženie vyžadujú prípravu vzorky a značné investície do veľkého laboratórneho vybavenia.Na porovnanie, operátor valcovne rúr dokončí skúšku tvrdosti v priebehu niekoľkých sekúnd, zatiaľ čo špecializovaný metalurg vykoná skúšku ťahom za niekoľko hodín.Vykonať skúšku tvrdosti nie je ťažké.
To neznamená, že výrobcovia inžinierskych rúr nepoužívajú skúšky tvrdosti.Dá sa s istotou povedať, že to robí väčšina, ale keďže hodnotia opakovateľnosť a reprodukovateľnosť prístroja naprieč všetkými testovacími zariadeniami, sú si dobre vedomí obmedzení testu.Väčšina z nich ho používa na hodnotenie tvrdosti trubice v rámci výrobného procesu, ale nepoužíva ju na kvantifikáciu vlastností trubice.Je to len test vyhovuje/nevyhovuje.
Prečo potrebujem poznať MYS, UTS a minimálne predĺženie?Označujú výkon zostavy rúrok.
MYS je minimálna sila, ktorá spôsobuje trvalú deformáciu materiálu.Ak sa pokúsite mierne ohnúť rovný kus drôtu (ako vešiak) a uvoľniť tlak, stane sa jedna z dvoch vecí: vráti sa do pôvodného stavu (rovný) alebo zostane ohnutý.Ak je to stále rovné, tak ste sa ešte nedostali cez MYS.Ak je to stále ohnuté, minuli ste.
Teraz uchopte oba konce drôtu kliešťami.Ak dokážete prelomiť drôt na polovicu, prekonali ste UTS.Silno zatiahnete a máte dva kusy drôtu, aby ste ukázali svoje nadľudské úsilie.Ak bola pôvodná dĺžka drôtu 5 palcov a tieto dve dĺžky po zlyhaní dosiahli 6 palcov, drôt sa natiahne o 1 palec alebo 20 %.Skutočné ťahové skúšky sa merajú do 2 palcov od bodu zlomu, ale bez ohľadu na to – koncept ťahu vlasca ilustruje UTS.
Oceľové mikrofotografie musia byť narezané, vyleštené a vyleptané slabo kyslým roztokom (zvyčajne kyselinou dusičnou a alkoholom), aby boli zrná viditeľné.100-násobné zväčšenie sa bežne používa na kontrolu zŕn ocele a určenie ich veľkosti.
Tvrdosť je testom toho, ako materiál reaguje na náraz.Predstavte si, že krátka hadička je umiestnená vo zveráku so zúbkovanými čeľusťami a zatrasením sa zverák uzavrie.Okrem vyrovnávania potrubia zanechávajú čeľuste zveráka odtlačok na povrchu potrubia.
Takto funguje skúška tvrdosti, ale nie je taká hrubá.Test má kontrolovanú veľkosť nárazu a kontrolovaný tlak.Tieto sily deformujú povrch a vytvárajú priehlbiny alebo priehlbiny.Veľkosť alebo hĺbka priehlbiny určuje tvrdosť kovu.
Pri hodnotení ocele sa bežne používajú skúšky tvrdosti podľa Brinella, Vickersa a Rockwella.Každý z nich má svoju vlastnú stupnicu a niektoré z nich majú viacero testovacích metód, ako napríklad Rockwell A, B, C atď. Pre oceľové rúry sa špecifikácia ASTM A513 vzťahuje na test Rockwell B (skrátený ako HRB alebo RB).Rockwell Test B meria rozdiel v sile prieniku oceľovej gule s priemerom 1⁄16 palca do ocele medzi ľahkým predpätím a základným zaťažením 100 kgf.Typickým výsledkom pre štandardnú mäkkú oceľ je HRB 60.
Materiáloví vedci vedia, že tvrdosť má lineárny vzťah s UTS.Preto daná tvrdosť predpovedá UTS.Podobne aj výrobca rúr vie, že MYS a UTS spolu súvisia.Pre zvárané rúry je MYS zvyčajne 70 % až 85 % UTS.Presné množstvo závisí od výrobného procesu trubice.Tvrdosť HRB 60 zodpovedá UTS 60 000 librám na štvorcový palec (PSI) a približne 80 % MYS, čo je 48 000 PSI.
Najbežnejšou špecifikáciou rúr pre všeobecnú výrobu je maximálna tvrdosť.Okrem veľkosti sa inžinieri zaujímajú aj o špecifikáciu odporovo zváraných (ERW) rúr v rámci dobrého prevádzkového rozsahu, čoho výsledkom môžu byť výkresy dielov s možnou maximálnou tvrdosťou HRB 60. Samotné toto rozhodnutie má za následok množstvo mechanických koncových vlastností, vrátane samotnej tvrdosti.
Po prvé, tvrdosť HRB 60 nám veľa nehovorí.Údaj HRB 60 je bezrozmerné číslo.Materiály s hodnotením HRB 59 sú mäkšie ako materiály testované na HRB 60 a HRB 61 je tvrdšie ako HRB 60, ale o koľko?Nedá sa kvantifikovať ako objem (merané v decibeloch), krútiaci moment (merané v librách-stopách), rýchlosť (merané ako vzdialenosť v závislosti od času) alebo UTS (merané v librách na štvorcový palec).Čítanie HRB 60 nám nič konkrétne nepovie.Je to materiálna vlastnosť, nie fyzická vlastnosť.Po druhé, samotné stanovenie tvrdosti nie je vhodné na zabezpečenie opakovateľnosti alebo reprodukovateľnosti.Hodnotenie dvoch miest na vzorke, aj keď sú testované miesta blízko seba, často vedie k veľmi odlišným hodnotám tvrdosti.Povaha testov tento problém zhoršuje.Po meraní jednej polohy nie je možné vykonať druhé meranie na kontrolu výsledku.Opakovateľnosť testu nie je možná.
To neznamená, že meranie tvrdosti je nepohodlné.V skutočnosti je to dobrý sprievodca vecami UTS a je to rýchly a jednoduchý test.Avšak každý, kto sa podieľa na definícii, obstarávaní a výrobe rúrok, by si mal byť vedomý ich obmedzení ako testovacieho parametra.
Pretože „bežná“ rúra nie je jasne definovaná, výrobcovia rúr ju zvyčajne zúžia na dva najbežnejšie používané typy ocele a rúry, ako sú definované v ASTM A513:1008 a 1010, ak je to vhodné.Aj po vylúčení všetkých ostatných typov rúr zostávajú možnosti mechanických vlastností týchto dvoch typov rúr otvorené.V skutočnosti majú tieto typy rúr najširší rozsah mechanických vlastností zo všetkých typov rúr.
Napríklad rúrka sa považuje za mäkkú, ak je MYS nízka a predĺženie je vysoké, čo znamená, že sa správa lepšie, pokiaľ ide o natiahnutie, deformáciu a trvalú deformáciu, ako rúrka opísaná ako tuhá, ktorá má relatívne vysoké MYS a relatívne nízke predĺženie. ..Je to podobné ako rozdiel medzi mäkkým drôtom a tvrdým drôtom, ako sú vešiaky na šaty a vŕtačky.
Samotné predĺženie je ďalším faktorom, ktorý má významný vplyv na kritické aplikácie rúr.Rúry s vysokým predĺžením vydržia rozťahovanie;materiály s nízkou prieťažnosťou sú krehkejšie, a preto sú náchylnejšie na katastrofické únavové zlyhanie.Predĺženie však priamo nesúvisí s UTS, čo je jediná mechanická vlastnosť priamo súvisiaca s tvrdosťou.
Prečo sa rúry tak líšia svojimi mechanickými vlastnosťami?Po prvé, chemické zloženie je odlišné.Oceľ je pevný roztok železa a uhlíka, ako aj iných dôležitých zliatin.Pre jednoduchosť sa budeme zaoberať len percentom uhlíka.Atómy uhlíka nahrádzajú niektoré atómy železa a vytvárajú tak kryštalickú štruktúru ocele.ASTM 1008 je komplexná primárna trieda s obsahom uhlíka od 0 % do 0,10 %.Nula je špeciálne číslo, ktoré poskytuje jedinečné vlastnosti pri ultranízkom obsahu uhlíka v oceli.ASTM 1010 definuje obsah uhlíka od 0,08 % do 0,13 %.Tieto rozdiely sa nezdajú byť obrovské, ale inde sú dostatočné na to, aby urobili veľký rozdiel.
Po druhé, oceľové rúry môžu 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 fázy výroby rúr neovplyvňujú tvrdosť ocele, čo potom?Odpoveď na túto otázku znamená starostlivé štúdium detailov.Táto otázka vedie k dvom ďalším otázkam: aké detaily a ako blízko?
Prvou odpoveďou sú podrobné informácie o zrnách, ktoré tvoria oceľ.Keď sa oceľ vyrába v primárnom mlyne, nevychladne do obrovskej masy s jednou vlastnosťou.Ako sa oceľ ochladzuje, jej molekuly vytvárajú opakujúce sa vzory (kryštály), podobne ako vznikajú snehové vločky.Po vytvorení kryštálov sa spoja do skupín nazývaných zrná.Keď sa zrná ochladzujú, rastú a tvoria celý list alebo tanier.Rast zrna sa zastaví, keď zrno absorbuje poslednú molekulu ocele.Toto všetko sa deje na mikroskopickej úrovni, pričom stredne veľké oceľové zrno má priemer približne 64 mikrónov alebo 0,0025 palca.Zatiaľ čo každé zrno je podobné ďalšiemu, nie sú rovnaké.Mierne sa od seba líšia veľkosťou, orientáciou a obsahom uhlíka.Rozhrania medzi zrnami sa nazývajú hranice zŕn.Keď oceľ zlyhá, napríklad v dôsledku únavových trhlín, má tendenciu zlyhávať na hraniciach zŕn.
Ako blízko sa musíte pozrieť, aby ste videli odlišné častice?Postačuje zväčšenie 100-násobok alebo 100-násobok zrakovej ostrosti ľudského oka.Jednoduchý pohľad na surovú oceľ na 100. mocninu však veľa nenarobí.Vzorky sa pripravujú leštením vzorky a leptaním povrchu kyselinou, zvyčajne kyselinou dusičnou a alkoholom, čo sa nazýva leptanie kyselinou dusičnou.
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 pásov za tepla a za studena, prenášajú napätie na štruktúru zŕn;ak neustále menia tvar, znamená to, že napätie deformovalo zrná.Ďalšie kroky spracovania, ako je navíjanie ocele do zvitkov, odvíjanie a prechod cez mlyn na rúry (na vytvorenie rúry a veľkosti), deformujú oceľové zrná.Ťahanie rúry za studena na tŕni tiež namáha materiál, rovnako ako výrobné kroky, ako je tvarovanie koncov a ohýbanie.Zmeny v štruktúre zŕn sa nazývajú dislokácie.
Vyššie uvedené kroky vyčerpávajú ťažnosť ocele, jej schopnosť odolávať ťahovému (trhaciemu) namáhaniu.Oceľ sa stáva krehkou, čo znamená, že je pravdepodobnejšie, že sa zlomí, ak budete pokračovať v práci s oceľou.Predĺženie je jednou zložkou plasticity (stlačiteľnosť je ďalšou).Tu je dôležité pochopiť, že zlyhanie sa najčastejšie vyskytuje v napätí a nie v tlaku.Oceľ je celkom odolná voči ťahovým napätiam vďaka jej relatívne vysokému predĺženiu.Oceľ sa však pod tlakom tlaku ľahko deformuje – je kujná – čo je výhoda.
Porovnajte to s betónom, ktorý má veľmi vysokú pevnosť v tlaku, ale nízku ťažnosť.Tieto vlastnosti sú opačné ako u ocele.To je dôvod, prečo je betón používaný na cesty, budovy a chodníky často vystužený.Výsledkom je produkt, ktorý má silu oboch materiálov: oceľ je pevná v ťahu a betón je pevný v tlaku.
Počas kalenia sa ťažnosť ocele znižuje a jej tvrdosť sa zvyšuje.Inými slovami, stvrdne.V závislosti od situácie to môže byť výhoda, ale aj nevýhoda, keďže tvrdosť sa rovná krehkosti.To znamená, že čím je oceľ tvrdšia, tým je menej elastická, a preto je pravdepodobnejšie, že zlyhá.
Inými slovami, každý krok procesu vyžaduje určitú ťažnosť potrubia.Ako sa diel spracováva, stáva sa ťažším a ak je príliš ťažký, potom je v zásade zbytočný.Tvrdosť je krehkosť a krehké rúrky sú náchylné na zlyhanie počas používania.
Má výrobca v tomto prípade nejaké možnosti?Skrátka áno.Táto možnosť je žíhanie, a hoci nie je práve magická, je asi taká magická, ako len môže byť.
Jednoducho povedané, žíhanie odstraňuje všetky účinky fyzikálneho vplyvu na kovy.V tomto procese sa kov zahrieva na teplotu uvoľnenia napätia alebo rekryštalizáciu, čo vedie k odstráneniu dislokácií.Proces teda čiastočne alebo úplne obnovuje ťažnosť v závislosti od špecifickej teploty a času použitého v procese žíhania.
Žíhanie a riadené chladenie podporujú rast zrna.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 ďalšia takmer magická vec.Kalenie pri správnej teplote správnym kaliacim prostriedkom v správnom čase rýchlo zastaví proces a obnoví vlastnosti ocele.
Mali by sme opustiť špecifikácie tvrdosti?č.Vlastnosti tvrdosti sú cenné predovšetkým ako vodítko pri určovaní charakteristík oceľových rúr.Tvrdosť je užitočné meranie a jedna z niekoľkých vlastností, ktoré by mali byť špecifikované pri objednávaní rúrkového materiálu a skontrolované pri prevzatí (dokumentované pre každú zásielku).Keď sa test tvrdosti používa ako skúšobný štandard, musí mať príslušné hodnoty stupnice a kontrolné limity.
Toto však nie je skutočný test absolvovania (prijatia alebo odmietnutia) materiálu.Okrem tvrdosti by mali výrobcovia z času na čas skontrolovať zásielky, aby zistili ďalšie relevantné vlastnosti, ako je MYS, UTS alebo minimálne predĺženie, v závislosti od aplikácie potrubia.
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 bol vydaný v roku 1990 ako prvý časopis venovaný priemyslu kovových rúr.Dnes zostáva jedinou priemyselnou publikáciou v Severnej Amerike a stala sa najdôveryhodnejším zdrojom informácií pre odborníkov na hadičky.
Teraz je k dispozícii úplný digitálny prístup k FABRICATOR, ktorý poskytuje jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Teraz je k dispozícii úplný digitálny prístup k The Tube & Pipe Journal, ktorý poskytuje jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Vychutnajte si úplný digitálny prístup k STAMPING Journal, časopisu o trhu s lisovaním kovov s najnovšími technologickými pokrokmi, osvedčenými postupmi a novinkami z odvetvia.
Teraz je k dispozícii úplný prístup k digitálnemu vydaniu The Fabricator en Español, ktorý poskytuje jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
V druhej časti našej dvojdielnej show s Adamom Heffnerom, majiteľom obchodu v Nashville a zakladateľom…
Čas odoslania: 27. januára 2023