Verskeie toetsprotokolle (Brinell, Rockwell, Vickers) het prosedures spesifiek vir die projek wat getoets word. Die Rockwell T-toets is geskik vir die inspeksie van ligwandbuise deur die buis in die lengte te sny en die wand vanaf die binneste deursnee eerder as die buitenste deursnee te toets.
Om 'n buis te bestel is amper soos om na 'n motorhandelaar te gaan en 'n motor of vragmotor te bestel. Vandag laat die vele beskikbare opsies kopers toe om die voertuig op 'n verskeidenheid maniere aan te pas - binne- en buitekleure, binne-afwerkingspakkette, buite-stileringsopsies, aandrywingskeuses en 'n klankstelsel wat amper met 'n tuisvermaakstelsel meeding. Gegewe al hierdie opsies, is jy dalk nie tevrede met 'n standaard, geen-tierlantyntjie voertuig nie.
Staalpype is net dit. Dit het duisende opsies of spesifikasies. Benewens afmetings, lys die spesifikasie chemiese en verskeie meganiese eienskappe soos minimum vloeigrens (MYS), uiteindelike treksterkte (UTS) en minimum verlenging voor mislukking. Baie in die bedryf - ingenieurs, aankoopagente en vervaardigers - gebruik egter aanvaarde bedryfsverkortings wat die gebruik van "normale" gelaste pype vereis en slegs een eienskap spesifiseer: hardheid.
Probeer om 'n motor volgens 'n enkele eienskap te bestel ("Ek benodig 'n motor met 'n outomatiese ratkas") en jy sal nie te ver kom met 'n verkoopsman nie. Hy moet 'n bestelvorm met baie opsies invul. Pyp is net dit – om die regte pyp vir die toepassing te kry, benodig die pypvervaardiger meer inligting as net hardheid.
Hoe word hardheid 'n erkende plaasvervanger vir ander meganiese eienskappe? Dit het waarskynlik met 'n pypprodusent begin. Omdat hardheidstoetsing vinnig en maklik is en relatief goedkoop toerusting vereis, gebruik buisverkopers dikwels hardheidstoetsing om twee buise te vergelyk. Om 'n hardheidstoets uit te voer, benodig hulle net 'n gladde lengte pyp en 'n toetsstaander.
Buishardheid korreleer goed met UTS, en as 'n algemene reël is persentasies of persentasiereekse nuttig om MYS te beraam, so dit is maklik om te sien hoe hardheidstoetsing 'n geskikte plaasvervanger vir ander eienskappe kan wees.
Ander toetse is ook relatief kompleks. Terwyl hardheidstoetsing slegs 'n minuut of wat op 'n enkele masjien neem, vereis MYS-, UTS- en verlengingstoetsing monstervoorbereiding en aansienlike belegging in groot laboratoriumtoerusting. Ter vergelyking neem dit sekondes vir 'n buismeuloperateur om 'n hardheidstoets uit te voer en ure vir 'n professionele metallurgiese tegnikus om 'n trektoets uit te voer. Dit is nie moeilik om 'n hardheidstoets uit te voer nie.
Dit wil nie sê dat vervaardigers van gemanipuleerde pype nie hardheidstoetse gebruik nie. Dit is veilig om te sê dat die meeste mense dit doen, maar omdat hulle herhaalbaarheids- en reproduceerbaarheidsassesserings op al hul toetstoerusting doen, is hulle deeglik bewus van die beperkings van die toets. Die meeste gebruik die assessering van buishardheid as deel van die produksieproses, maar hulle gebruik dit nie om buiseienskappe te kwantifiseer nie. Dit is slegs 'n slaag/druip-toets.
Waarom moet jy weet van MYS, UTS en minimum verlenging? Hulle dui aan hoe die buis tydens montering sal optree.
MYS is die minimum krag wat permanente vervorming van die materiaal veroorsaak. As jy probeer om 'n reguit draad (soos 'n klerehanger) effens te buig en die druk vry te stel, sal een van twee dinge gebeur: dit sal terugkeer na sy oorspronklike toestand (reguit) of dit sal gebuig bly. As dit steeds reguit is, het jy nie verby MYS gekom nie. As dit steeds gebuig is, het jy dit oorskadu.
Gebruik nou 'n tang om beide punte van die draad vas te klem. As jy die draad in twee stukke kan skeur, is jy oor sy UTS. Jy plaas baie spanning daarop en jy het twee drade om jou bomenslike poging te wys. As die oorspronklike lengte van die draad 5 duim is, en die twee lengtes na faling tot 6 duim tel, word die draad met 1 duim, of 20%, gerek. Die werklike verlengingstoets word binne 2 duim van die punt van faling gemeet, maar wat ook al – die trekdraadkonsep illustreer die UTS.
Staalfotomikrograafmonsters moet gesny, gepoleer en geëts word met 'n effens suur oplossing (gewoonlik salpetersuur en alkohol (nitro-etanol)) om die korrels sigbaar te maak. 100x vergroting word algemeen gebruik om staalkorrels te inspekteer en korrelgrootte te bepaal.
Hardheid is 'n toets van hoe 'n materiaal op impak reageer. Stel jou voor jy sit 'n kort stukkie pyp in 'n bankskroef met getande kake en draai die bankskroef om toe te maak. Benewens die platmaak van die buis, laat die kake van die bankskroef ook duike op die oppervlak van die buis.
Dit is hoe die hardheidstoets werk, maar dit is nie so rof nie. Hierdie toets het 'n beheerde impakgrootte en beheerde druk. Hierdie kragte vervorm die oppervlak en skep 'n inkeping of duik. Die grootte of diepte van die inkeping bepaal die hardheid van die metaal.
Vir die evaluering van staal is algemene hardheidstoetse Brinell, Vickers en Rockwell. Elkeen het sy eie skaal, en sommige het verskeie toetsmetodes, soos Rockwell A, B en C. Vir staalpype verwys ASTM Spesifikasie A513 na die Rockwell B-toets (afgekort as HRB of RB). Die Rockwell B-toets meet die verskil in penetrasie van staal deur 'n staalbal met 'n deursnee van 1⁄16 duim tussen 'n klein voorbelasting en 'n primêre las van 100 kgf. 'n Tipiese resultaat vir standaard sagtestaal is HRB 60.
Materiaalwetenskaplikes weet dat hardheid lineêr verwant is aan UTS. Daarom kan 'n gegewe hardheid UTS voorspel. Net so weet buisvervaardigers dat MYS en UTS verwant is. Vir gesweisde pype is MYS tipies 70% tot 85% van UTS. Die presiese hoeveelheid hang af van die proses om die buis te maak. Die hardheid van HRB 60 korreleer met 'n UTS van 60 000 pond per vierkante duim (PSI) en 'n MYS van 80%, of 48 000 PSI.
Die mees algemene pypspesifikasie in algemene vervaardiging is maksimum hardheid. Benewens grootte, was die ingenieur bekommerd oor die spesifisering van 'n gesweisde elektriese weerstandsgesweisde (ERW) pyp binne 'n goeie werkbereik, wat daartoe kan lei dat 'n maksimum hardheid van moontlik HRB 60 sy pad na die komponenttekening vind. Hierdie besluit alleen lei tot 'n reeks finale meganiese eienskappe, insluitend die hardheid self.
Eerstens, die hardheid van HRB 60 sê nie veel vir ons nie. Die lesing HRB 60 is 'n dimensielose getal. Die materiaal wat met HRB 59 geëvalueer is, is sagter as die materiaal wat met HRB 60 getoets is, en HRB 61 is harder as HRB 60, maar met hoeveel? Dit kan nie gekwantifiseer word soos volume (gemeet in desibel), wringkrag (gemeet in pond-voet), snelheid (gemeet in afstand relatief tot tyd), of UTS (gemeet in pond per vierkante duim) nie. Die lesing van HRB 60 sê niks spesifieks vir ons nie. Dit is 'n eienskap van die materiaal, maar nie 'n fisiese eienskap nie. Tweedens, hardheidstoetsing is nie geskik vir herhaalbaarheid of reproduceerbaarheid nie. Die evaluering van twee plekke op 'n toetsmonster, selfs al is die toetsplekke naby mekaar, lei dikwels tot 'n groot variasie in hardheidslesings. Die aard van die toets vererger hierdie probleem. Nadat 'n posisie gemeet is, kan dit nie 'n tweede keer gemeet word om die resultate te verifieer nie. Toets herhaalbaarheid is nie moontlik nie.
Dit beteken nie dat hardheidstoetsing ongerieflik is nie. Trouens, dit bied 'n goeie riglyn vir 'n materiaal se UTS, en dit is 'n vinnige en maklike toets om uit te voer. Almal wat betrokke is by die spesifisering, aankoop en vervaardiging van buise moet egter bewus wees van die beperkings daarvan as 'n toetsparameter.
Omdat "normale" pyp nie goed gedefinieer is nie, vernou pypvervaardigers dit dikwels tot die twee mees gebruikte staalpyp en pyptipes wat in ASTM A513: 1008 en 1010 gedefinieer word, wanneer nodig. Selfs nadat alle ander buistipes uitgeskakel is, is die moontlikhede in terme van meganiese eienskappe van hierdie twee buistipes wyd oop. Trouens, hierdie buistipes het die wydste reeks meganiese eienskappe van enige tipe.
Byvoorbeeld, 'n buis word as sag beskryf as die MYS laag is en die verlenging hoog is, wat beteken dat dit beter presteer in trek, defleksie en set as 'n buis wat as hard beskryf word, wat 'n relatief hoë MYS en relatief lae verlenging het. Dit is soortgelyk aan die verskil tussen sagte en harde draad, soos klerehangers en bore.
Verlenging self is nog 'n faktor wat 'n beduidende impak op kritieke pyptoepassings het. Buise met hoë verlenging kan trekkragte weerstaan; materiale met lae verlenging is meer bros en dus meer geneig tot katastrofiese moegheidstipe mislukkings. Verlenging hou egter nie direk verband met UTS nie, wat die enigste meganiese eienskap is wat direk verband hou met hardheid.
Waarom verskil die meganiese eienskappe van die buise so baie? Eerstens, die chemiese samestelling is anders. Staal is 'n soliede oplossing van yster en koolstof en ander belangrike legerings. Vir eenvoud sal ons hier slegs koolstofpersentasies behandel. Koolstofatome vervang sommige van die ysteratome en vorm die kristalstruktuur van staal. ASTM 1008 is 'n allesomvattende primêre graad met 'n koolstofinhoud van 0% tot 0.10%. Nul is 'n baie spesiale getal wat unieke eienskappe lewer wanneer die koolstofinhoud in staal ultra-laag is. ASTM 1010 spesifiseer 'n koolstofinhoud tussen 0.08% en 0.13%. Hierdie verskille lyk nie groot nie, maar hulle is groot genoeg om elders 'n groot verskil te maak.
Tweedens, die staalpyp kan vervaardig of vervaardig en daarna verwerk word in sewe verskillende vervaardigingsprosesse. ASTM A513 met betrekking tot ERW-pypproduksie lys sewe tipes:
As die chemiese samestelling van die staal en die buisvervaardigingstappe geen effek op die hardheid van die staal het nie, wat is dit dan? Om hierdie vraag te beantwoord, beteken om die besonderhede te ondersoek. Hierdie vraag vra nog twee vrae: Watter besonderhede, en hoe naby?
Besonderhede oor die korrels waaruit die staal bestaan, is die eerste antwoord. Wanneer staal by 'n primêre staalfabriek gemaak word, koel dit nie af tot 'n groot blok met 'n enkele kenmerk nie. Soos die staal afkoel, organiseer die staal se molekules in herhalende patrone (kristalle), soortgelyk aan hoe sneeuvlokkies vorm. Nadat kristalle gevorm is, versamel hulle in groepe wat korrels genoem word. Soos afkoeling vorder, groei korrels en vorm hulle dwarsdeur die plaat of plaat. Die korrels hou op groei soos die laaste staalmolekules deur die korrels geabsorbeer word. Dit alles gebeur op mikroskopiese vlak omdat die gemiddelde grootte staalkorrel ongeveer 64 µ of 0.0025 duim breed is. Terwyl elke korrel soortgelyk aan die volgende is, is hulle nie dieselfde nie. Hulle wissel effens in grootte, oriëntasie en koolstofinhoud. Die koppelvlak tussen korrels word korrelgrens genoem. Wanneer staal faal, byvoorbeeld as gevolg van moegheidskrake, is dit geneig om langs korrelgrense te faal.
Hoe ver moet jy kyk om waarneembare korrels te sien? 100x vergroting, of 100x menslike visie, is genoeg. Om egter net na onbehandelde staal teen 100 keer die krag te kyk, openbaar nie veel nie. Die monster word voorberei deur die monster te poleer en die oppervlak te ets met 'n suur (gewoonlik salpetersuur en alkohol) wat 'n nitroetanol-etsmiddel genoem word.
Dit is die korrels en hul interne rooster wat die impaksterkte, MYS, UTS en verlenging bepaal wat 'n staal voor faling kan weerstaan.
Staalvervaardigingstappe, soos warm en koud rol van strook, plaas spanning in die korrelstruktuur; as hulle permanent van vorm verander, beteken dit dat die spanning die korrel vervorm. Ander verwerkingsstappe, soos die oprol van die staal in spoele, die afrol daarvan en die vervorming van die staalkorrels deur 'n buismeul (om die buis te vorm en te grootte). Koue trek van die buis op die doorn plaas ook druk op die materiaal, net soos vervaardigingstappe soos puntvorming en buiging. Veranderinge in korrelstruktuur word ontwrigtings genoem.
Bogenoemde stappe verminder die rekbaarheid van die staal, wat die vermoë is om trekspanning (trek-oop) te weerstaan. Staal word bros, wat beteken dat dit meer geneig is om te breek as jy daaraan aanhou werk. Verlenging is een komponent van rekbaarheid (saampersbaarheid is 'n ander). Dit is belangrik om te verstaan ​​dat mislukking meestal tydens trekspanning voorkom, nie samedrukking nie. Staal is baie bestand teen trekspanning as gevolg van sy relatief hoë verlengingskapasiteit. Staal vervorm egter maklik onder drukspanning – dit is rekbaar – wat 'n voordeel is.
Beton het hoë druksterkte, maar lae rekbaarheid in vergelyking met beton. Hierdie eienskappe is teenoorgesteld aan dié van staal. Daarom word beton wat vir paaie, geboue en sypaadjies gebruik word, dikwels met wapeningsstaal toegerus. Die resultaat is 'n produk met die sterk punte van twee materiale: onder spanning is staal sterk, en onder druk is beton.
Tydens koue bewerking, soos die rekbaarheid van die staal afneem, neem die hardheid daarvan toe. Met ander woorde, dit sal verhard. Afhangende van die situasie, kan dit 'n voordeel wees; dit kan egter 'n nadeel wees aangesien hardheid gelykgestel word aan brosheid. Dit wil sê, soos staal harder word, word dit minder elasties; daarom is dit meer geneig om te faal.
Met ander woorde, elke prosesstap verbruik van die pyp se rekbaarheid. Dit word harder soos die onderdeel werk, en as dit te hard is, is dit basies nutteloos. Hardheid is brosheid, en 'n bros buis sal waarskynlik faal wanneer dit gebruik word.
Het die vervaardiger enige opsies in hierdie geval? Kortliks, ja. Daardie opsie is uitgloeiing, en hoewel dit nie heeltemal magies is nie, is dit so na aan magie as wat jy kan kom.
In leketaal verwyder uitgloeiing alle effekte van fisiese spanning op die metaal. Hierdie proses verhit die metaal tot 'n spanningsverligtings- of herkristallisasietemperatuur, waardeur ontwrigtings uitgeskakel word. Afhangende van die spesifieke temperatuur en tyd wat in die uitgloeiingsproses gebruik word, herstel die proses dus 'n deel of al sy rekbaarheid.
Uitgloeiing en beheerde verkoeling bevorder korrelgroei. Dit is voordelig as die doel is om die brosheid van die materiaal te verminder, maar onbeheerde korrelgroei kan die metaal te veel versag, wat dit onbruikbaar maak vir die beoogde gebruik. Om die uitgloeiingsproses te stop, is nog 'n amper-magiese ding. Om by die regte temperatuur met die regte blusmiddel op die regte tyd te blus, bring die proses vinnig tot stilstand om die staal se herstel-eienskappe te verkry.
Moet ons die hardheidspesifikasie laat vaar? Nee. Hardheidseienskappe is hoofsaaklik waardevol as 'n verwysingspunt wanneer staalpype gespesifiseer word. 'n Nuttige maatstaf, hardheid is een van verskeie eienskappe wat gespesifiseer moet word wanneer buisvormige materiaal bestel word en na ontvangs gekontroleer moet word (en moet by elke versending aangeteken word). Wanneer hardheidsinspeksie die inspeksiestandaard is, moet dit toepaslike skaalwaardes en beheerreekse hê.
Dit is egter nie 'n ware toets vir die kwalifisering (aanvaarding of verwerping) van materiaal nie. Benewens hardheid, moet vervaardigers af en toe verskepings toets om ander relevante eienskappe te bepaal, soos MYS, UTS of minimum verlenging, afhangende van die toepassing van die buis.
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 het in 1990 die eerste tydskrif geword wat toegewy is aan die bediening van die metaalpypbedryf. Vandag bly dit die enigste publikasie in Noord-Amerika wat aan die bedryf toegewy is en het dit die mees betroubare bron van inligting vir pypprofessionele persone geword.
Nou met volle toegang tot die digitale uitgawe van The FABRICATOR, maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.
Die digitale uitgawe van The Tube & Pipe Journal is nou ten volle toeganklik en bied maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.
Geniet volle toegang tot die digitale uitgawe van STAMPING Journal, wat die nuutste tegnologiese vooruitgang, beste praktyke en bedryfsnuus vir die metaalstempelmark bied.
Geniet volle toegang tot die digitale uitgawe van The Additive Report om te leer hoe additiewe vervaardiging gebruik kan word om operasionele doeltreffendheid te verbeter en winste te verhoog.
Nou met volle toegang tot die digitale uitgawe van The Fabricator en Español, maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.