Svaki ispitni protokol (Brinell, Rockwell, Vickers) ima postupke specifične za predmet koji se ispituje.Rockwellov t-test koristan je za ispitivanje cijevi s tankim stijenkama rezanjem cijevi po dužini i provjerom stijenke cijevi prema unutarnjem promjeru, a ne prema vanjskom promjeru.
Naručivanje cijevi pomalo je poput odlaska u autosalon i naručivanja automobila ili kamiona.Sada postoji mnoštvo dostupnih opcija koje kupcima omogućuju da prilagode automobil na različite načine – boje interijera i eksterijera, paketi opreme, mogućnosti stila eksterijera, izbor pogonskog sklopa i audio sustav koji je gotovo jednako dobar kao i sustav kućne zabave.Sa svim ovim opcijama, vjerojatno nećete biti zadovoljni standardnim automobilom bez dodataka.
Ovo se odnosi na čelične cijevi.Ima tisuće opcija ili specifikacija.Osim dimenzija, specifikacija spominje kemijska svojstva i nekoliko mehaničkih svojstava kao što su minimalna granica razvlačenja (MYS), krajnja vlačna čvrstoća (UTS) i minimalno istezanje do sloma.Međutim, mnogi u industriji - inženjeri, agenti za nabavu i proizvođači - koriste stenografiju u industriji i traže "jednostavne" zavarene cijevi i navode samo jednu karakteristiku: tvrdoću.
Pokušajte naručiti automobil prema jednoj karakteristici ("Trebam automobil s automatskim mjenjačem"), a s prodavačem nećete daleko stići.Mora ispuniti obrazac s puno opcija.To je slučaj s čeličnim cijevima: da bi dobio cijev prikladnu za primjenu, proizvođač cijevi treba puno više informacija od tvrdoće.
Kako je tvrdoća postala prihvaćena zamjena za druga mehanička svojstva?Vjerojatno je počelo s proizvođačima lula.Budući da je ispitivanje tvrdoće brzo, jednostavno i zahtijeva relativno jeftinu opremu, prodavači cijevi često koriste ispitivanje tvrdoće za usporedbu dviju vrsta cijevi.Sve što im treba za provođenje testa tvrdoće je glatki komad cijevi i uređaj za ispitivanje.
Tvrdoća cijevi usko je povezana s UTS-om, a pravilo (postotak ili raspon postotaka) korisno je za procjenu MYS-a, tako da je lako vidjeti kako ispitivanje tvrdoće može biti prikladna zamjena za druga svojstva.
Osim toga, drugi testovi su relativno teški.Dok ispitivanje tvrdoće traje samo oko minutu na jednom stroju, MYS, UTS i ispitivanja istezanja zahtijevaju pripremu uzorka i značajna ulaganja u veliku laboratorijsku opremu.Za usporedbu, strojar u tvornici cijevi dovršava ispitivanje tvrdoće za nekoliko sekundi, dok specijalist metalurg izvodi ispitivanje zatezanja za nekoliko sati.Provođenje testa tvrdoće nije teško.
To ne znači da proizvođači inženjerskih cijevi ne koriste testove tvrdoće.Sa sigurnošću se može reći da većina to radi, ali budući da oni procjenjuju ponovljivost instrumenta i obnovljivost na cijeloj ispitnoj opremi, itekako su svjesni ograničenja testa.Većina ih ga koristi za procjenu tvrdoće cijevi kao dio procesa proizvodnje, ali ga ne koriste za kvantificiranje svojstava cijevi.To je samo test prošao/pao.
Zašto trebam znati MYS, UTS i minimalno istezanje?Oni označavaju izvedbu sklopa cijevi.
MYS je minimalna sila koja uzrokuje trajnu deformaciju materijala.Ako pokušate lagano saviti ravni komad žice (poput vješalice) i otpustiti pritisak, dogodit će se jedna od dvije stvari: vratit će se u prvobitno stanje (ravno) ili će ostati savijen.Ako je još uvijek ravno, onda još niste preboljeli MYS.Ako je još uvijek savijen, promašili ste.
Sada uhvatite oba kraja žice kliještima.Ako možete slomiti žicu na pola, prošli ste UTS.Jako ga povučeš i imaš dva komada žice da pokažeš svoj nadljudski trud.Ako je izvorna duljina žice bila 5 inča, a dvije duljine nakon kvara zbroje do 6 inča, žica će se rastegnuti 1 inč, ili 20%.Stvarna vlačna ispitivanja mjere se unutar 2 inča od točke loma, ali bez obzira na sve – koncept zategnutosti linije ilustrira UTS.
Čelični mikrografski uzorci moraju se izrezati, polirati i urezati slabo kiselom otopinom (obično dušičnom kiselinom i alkoholom) kako bi zrnca postala vidljiva.Povećanje od 100x obično se koristi za pregled čeličnih zrna i određivanje njihove veličine.
Tvrdoća je test kako materijal reagira na udar.Zamislite da se kratka cijev stavi u škripac s nazubljenim čeljustima i protrese da se škripac zatvori.Osim što poravnavaju cijev, čeljusti škripca ostavljaju otisak na površini cijevi.
Ovako radi test tvrdoće, ali nije tako grub.Test ima kontroliranu veličinu udarca i kontrolirani tlak.Te sile deformiraju površinu, stvarajući udubljenja ili udubljenja.Veličina ili dubina udubljenja određuje tvrdoću metala.
Pri ocjenjivanju čelika obično se koriste testovi tvrdoće po Brinellu, Vickersu i Rockwellu.Svaki od njih ima vlastitu ljestvicu, a neki od njih imaju više metoda ispitivanja kao što su Rockwell A, B, C, itd. Za čelične cijevi, specifikacija ASTM A513 odnosi se na Rockwell B test (skraćeno kao HRB ili RB).Rockwellov test B mjeri razliku u sili prodiranja čelične kuglice promjera 1⁄16 inča u čelik između laganog predopterećenja i osnovnog opterećenja od 100 kgf.Tipičan rezultat za standardni meki čelik je HRB 60.
Znanstvenici za materijale znaju da tvrdoća ima linearan odnos s UTS-om.Stoga navedena tvrdoća predviđa UTS.Slično tome, proizvođač cijevi zna da su MYS i UTS povezani.Za zavarene cijevi, MYS je obično 70% do 85% UTS.Točna količina ovisi o procesu proizvodnje cijevi.Tvrdoća HRB 60 odgovara UTS 60.000 funti po kvadratnom inču (PSI) i oko 80% MYS, što je 48.000 PSI.
Najčešća specifikacija cijevi za opću proizvodnju je najveća tvrdoća.Osim veličine, inženjeri su također zainteresirani za specifikaciju otporno zavarenih (ERW) cijevi unutar dobrog radnog raspona, što može rezultirati nacrtima dijelova s mogućom maksimalnom tvrdoćom od HRB 60. Sama ova odluka rezultira nizom mehaničkih krajnjih svojstava, uključujući i samu tvrdoću.
Prvo, tvrdoća HRB 60 nam ne govori puno.Očitanje HRB 60 je bezdimenzionalni broj.Materijali s ocjenom HRB 59 mekši su od onih ispitanih na HRB 60, a HRB 61 je tvrđi od HRB 60, ali koliko?Ne može se kvantificirati poput volumena (mjerenog u decibelima), okretnog momenta (mjerenog u funta-stopama), brzine (mjerenog kao udaljenost u odnosu na vrijeme) ili UTS (mjerenog u funtama po kvadratnom inču).Čitanje HRB 60 ne govori nam ništa konkretno.To je materijalno, a ne fizičko svojstvo.Drugo, određivanje tvrdoće samo po sebi nije prikladno za osiguranje ponovljivosti ili obnovljivosti.Procjena dvaju mjesta na uzorku, čak i ako su ispitna mjesta blizu jedno drugom, često rezultira vrlo različitim očitanjima tvrdoće.Priroda testova pogoršava ovaj problem.Nakon jednog mjerenja položaja, ne može se izvršiti drugo mjerenje za provjeru rezultata.Ponovljivost testa nije moguća.
To ne znači da je mjerenje tvrdoće nezgodno.Zapravo, ovo je dobar vodič za UTS stvari, a to je brz i jednostavan test.Međutim, svatko tko je uključen u definiranje, nabavu i proizvodnju cijevi trebao bi biti svjestan njihovih ograničenja kao parametra ispitivanja.
Budući da "obična" cijev nije jasno definirana, proizvođači cijevi je obično sužavaju na dvije najčešće korištene vrste čelika i cijevi kako je definirano u ASTM A513:1008 i 1010 kada je to prikladno.Čak i nakon isključivanja svih ostalih vrsta cijevi, mogućnosti mehaničkih svojstava ove dvije vrste cijevi ostaju otvorene.Zapravo, ove vrste cijevi imaju najširi raspon mehaničkih svojstava od svih vrsta cijevi.
Na primjer, cijev se smatra mekom ako je MYS nizak, a produljenje veliko, što znači da ima bolje rezultate u pogledu istezanja, deformacije i trajne deformacije nego cijev opisana kao kruta, koja ima relativno visok MYS i relativno malo rastezanje ..To je slično razlici između meke i tvrde žice kao što su vješalice za odjeću i bušilice.
Samo istezanje još je jedan faktor koji ima značajan utjecaj na kritične primjene cijevi.Cijevi visokog izduženja mogu izdržati rastezanje;materijali s niskim istezanjem su krtiji i stoga skloniji katastrofalnom loma uslijed zamora.Međutim, rastezanje nije izravno povezano s UTS-om, što je jedino mehaničko svojstvo izravno povezano s tvrdoćom.
Zašto se cijevi toliko razlikuju u mehaničkim svojstvima?Prvo, kemijski sastav je drugačiji.Čelik je čvrsta otopina željeza i ugljika, kao i drugih važnih legura.Radi jednostavnosti, bavit ćemo se samo postotkom ugljika.Atomi ugljika zamjenjuju neke od atoma željeza, stvarajući kristalnu strukturu čelika.ASTM 1008 je sveobuhvatni primarni stupanj s udjelom ugljika od 0% do 0,10%.Nula je poseban broj koji pruža jedinstvena svojstva pri ultra niskom sadržaju ugljika u čeliku.ASTM 1010 definira sadržaj ugljika od 0,08% do 0,13%.Te razlike ne izgledaju velike, ali su dovoljne da naprave veliku razliku drugdje.
Drugo, čelične cijevi mogu se proizvoditi ili proizvoditi i naknadno obrađivati u sedam različitih proizvodnih procesa.ASTM A513 u vezi s proizvodnjom ERW cijevi navodi sedam vrsta:
Ako kemijski sastav čelika i faze proizvodnje cijevi ne utječu na tvrdoću čelika, što onda?Odgovor na ovo pitanje znači pažljivo proučavanje detalja.Ovo pitanje vodi do dva druga pitanja: koji detalji i koliko blizu?
Detaljne informacije o zrncima koja čine čelik prvi su odgovor.Kada se čelik proizvodi u primarnom mlinu, ne hladi se u ogromnu masu s jednim svojstvom.Kako se čelik hladi, njegove molekule formiraju ponavljajuće uzorke (kristale), slično kao što nastaju snježne pahulje.Nakon stvaranja kristala, oni se spajaju u skupine koje nazivamo zrncima.Kako se zrna hlade, rastu, tvoreći cijeli list ili ploču.Rast zrna prestaje kada zrno apsorbira posljednju molekulu čelika.Sve se to događa na mikroskopskoj razini, pri čemu čelično zrno srednje veličine ima promjer od oko 64 mikrona ili 0,0025 inča.Iako je svako zrno slično drugome, oni nisu isti.Neznatno se razlikuju jedni od drugih po veličini, orijentaciji i sadržaju ugljika.Međusklopovi između zrna nazivaju se granicama zrna.Kada čelik otkaže, na primjer zbog zamornih pukotina, ima tendenciju otkazivanja na granicama zrna.
Koliko blizu morate pogledati da biste vidjeli različite čestice?Dovoljno je povećanje od 100 puta ili 100 puta od oštrine vida ljudskog oka.Međutim, jednostavno gledanje sirovog čelika na 100. potenciju ne čini mnogo.Uzorci se pripremaju poliranjem uzorka i nagrizanjem površine kiselinom, obično dušičnom kiselinom i alkoholom, što se naziva nagrizanje dušičnom kiselinom.
Zrna i njihova unutarnja rešetka određuju udarnu čvrstoću, MYS, UTS i istezanje koje čelik može izdržati prije sloma.
Koraci proizvodnje čelika kao što je vruće i hladno valjanje trake prenose stres na strukturu zrna;ako stalno mijenjaju oblik, to znači da je naprezanje deformiralo zrna.Ostali koraci obrade kao što je namatanje čelika u kolute, odmatanje i prolazak kroz mlin za cijevi (da bi se oblikovala cijev i veličina) deformiraju čelična zrna.Hladno izvlačenje cijevi na trn također opterećuje materijal, kao i koraci proizvodnje kao što su oblikovanje krajeva i savijanje.Promjene u strukturi zrna nazivaju se dislokacije.
Gore navedeni koraci smanjuju duktilnost čelika, njegovu sposobnost da izdrži vlačni (kidajući) stres.Čelik postaje krt, što znači da je vjerojatnije da će se slomiti ako nastavite raditi s čelikom.Istezanje je jedna komponenta plastičnosti (stlačivost je druga).Ovdje je važno razumjeti da se kvar najčešće događa kod napetosti, a ne kod kompresije.Čelik je prilično otporan na vlačna naprezanja zbog relativno velikog istezanja.Međutim, čelik se lako deformira pod tlačnim naprezanjem—kovan je—što je prednost.
Usporedite to s betonom koji ima vrlo visoku tlačnu čvrstoću, ali nisku duktilnost.Ova svojstva su suprotna čeliku.Zbog toga se beton koji se koristi za ceste, zgrade i nogostupe često armira.Rezultat je proizvod koji ima snagu oba materijala: čelik je jak na napetost, a beton je jak na pritisak.
Tijekom kaljenja rastegljivost čelika se smanjuje, a tvrdoća mu se povećava.Drugim riječima, stvrdnjava se.Ovisno o situaciji, to može biti prednost, ali može biti i nedostatak, jer je tvrdoća jednaka krtosti.Odnosno, što je čelik tvrđi, to je manje elastičan i stoga je veća vjerojatnost da će pokvariti.
Drugim riječima, svaki korak procesa zahtijeva određenu duktilnost cijevi.Kako se dio obrađuje, postaje teži, a ako je pretežak, onda je u principu beskoristan.Tvrdoća je lomljivost, a lomljive cijevi su sklone kvaru tijekom uporabe.
Ima li proizvođač mogućnosti u ovom slučaju?Ukratko, da.Ova opcija je žarenje, i iako nije baš čarobna, onoliko je čarobna koliko može biti.
Jednostavno rečeno, žarenje uklanja sve učinke fizičkog utjecaja na metale.U procesu se metal zagrijava do temperature popuštanja naprezanja ili rekristalizacije, što rezultira uklanjanjem dislokacija.Dakle, proces djelomično ili potpuno vraća duktilnost, ovisno o specifičnoj temperaturi i vremenu korištenom u procesu žarenja.
Žarenje i kontrolirano hlađenje potiču rast zrna.Ovo je korisno ako je cilj smanjiti lomljivost materijala, ali nekontrolirani rast zrna može previše omekšati metal, čineći ga neupotrebljivim za namjeravanu upotrebu.Zaustavljanje procesa žarenja još je jedna gotovo čarobna stvar.Kaljenje na pravoj temperaturi s pravim sredstvom za kaljenje u pravo vrijeme brzo zaustavlja proces i vraća svojstva čelika.
Trebamo li odustati od specifikacije tvrdoće?Ne.Svojstva tvrdoće vrijedna su prije svega kao smjernica u određivanju svojstava čeličnih cijevi.Tvrdoća je korisna mjera i jedno od nekoliko svojstava koje treba navesti prilikom naručivanja cjevastog materijala i provjeriti po primitku (dokumentirano za svaku pošiljku).Kada se ispitivanje tvrdoće koristi kao standard za ispitivanje, ono mora imati odgovarajuće vrijednosti ljestvice i kontrolne granice.
Međutim, ovo nije pravi test prolaznosti (prihvaćanja ili odbijanja) gradiva.Osim tvrdoće, proizvođači bi trebali s vremena na vrijeme provjeravati isporuke kako bi odredili druga relevantna svojstva kao što su MYS, UTS ili minimalno istezanje, ovisno o primjeni cijevi.
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 pokrenut je 1990. godine kao prvi časopis posvećen industriji metalnih cijevi.Danas je to jedina industrijska publikacija u Sjevernoj Americi i postala je najpouzdaniji izvor informacija za stručnjake za cijevi.
Potpuni digitalni pristup FABRICATOR-u je sada dostupan, pružajući jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Potpuni digitalni pristup časopisu The Tube & Pipe Journal sada je dostupan, što omogućuje jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Uživajte u potpunom digitalnom pristupu STAMPING Journalu, tržišnom časopisu o žigosanju metala s najnovijim tehnološkim dostignućima, najboljim praksama i vijestima iz industrije.
Potpuni pristup digitalnom izdanju The Fabricator en Español sada je dostupan, što omogućuje jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
U drugom dijelu naše dvodijelne emisije s Adamom Heffnerom, vlasnikom trgovine u Nashvilleu i osnivačem...
Vrijeme objave: 27. siječnja 2023