Diversi protokolli di prova (Brinell, Rockwell, Vickers) anu procedure specifiche per u prughjettu in prova. A prova Rockwell T hè adatta per ispezionà tubi à parete ligera tagliendu u tubu in lunghezza è testendu a parete da u diametru internu piuttostu chè da u diametru esternu.
Ordinà un tubu hè un pocu cum'è andà in un cuncessionariu d'auto è urdinà una vittura o un camion. Oghje, e numerose opzioni dispunibili permettenu à i cumpratori di persunalizà u veiculu in una varietà di modi - culori interni è esterni, pacchetti di finiture interne, opzioni di stile esternu, scelte di trasmissione è un sistema audio chì quasi rivaleghja un sistema di divertimentu domesticu. Date tutte queste opzioni, pudete micca esse soddisfatti di un veiculu standard, senza fronzoli.
I tubi d'acciaiu sò ghjustu què. Hà millaie d'opzioni o specifiche. In più di e dimensioni, a specificazione elenca e proprietà chimiche è parechje proprietà meccaniche cum'è a resistenza minima à u cedimentu (MYS), a resistenza à a trazione finale (UTS) è l'allungamentu minimu prima di u fallimentu. Tuttavia, parechji in l'industria - ingegneri, agenti di compra è pruduttori - utilizanu abbreviazioni accettate da l'industria chì richiedenu l'usu di tubi saldati "normali" è specificanu solu una caratteristica: a durezza.
Pruvate à urdinà una vittura per una sola caratteristica ("Aghju bisognu di una vittura cù una trasmissione automatica") è ùn anderete micca troppu luntanu cù un venditore. Deve cumpilà un modulu d'ordine cù parechje opzioni. U tubu hè ghjustu què - per ottene u tubu ghjustu per l'applicazione, u fabricatore di tubi hà bisognu di più informazioni chè solu a durezza.
Cumu a durezza diventa un sustitutu ricunnisciutu per altre proprietà meccaniche? Probabilmente hà cuminciatu cù un pruduttore di tubi. Siccomu a prova di durezza hè rapida, faciule è richiede apparecchiature relativamente economiche, i venditori di tubi utilizanu spessu a prova di durezza per paragunà dui tubi. Per fà una prova di durezza, tuttu ciò chì anu bisognu hè una lunghezza liscia di tubu è un bancu di prova.
A durezza di i tubi si correla bè cù l'UTS, è cum'è regula generale, i percentuali o l'intervalli percentuali sò utili per stimà u MYS, dunque hè faciule vede cumu a prova di durezza pò esse un proxy adattatu per altre proprietà.
Inoltre, altri testi sò relativamente cumplessi. Mentre chì i testi di durezza piglianu solu un minutu o più nantu à una sola macchina, i testi MYS, UTS è di allungamentu richiedenu a preparazione di i campioni è un investimentu significativu in grandi apparecchiature di laburatoriu. In paragone, ci vole pochi secondi per chì un operatore di mulinu di tubi effettui un test di durezza è ore per chì un tecnicu metallurgicu prufessiunale effettui un test di trazione. Ùn hè micca difficiule di fà una verificazione di durezza.
Questu ùn vole micca dì chì i pruduttori di tubi ingegnerizzati ùn utilizanu micca testi di durezza. Si pò dì cun sicurezza chì a maiò parte di a ghjente a face, ma postu chì facenu valutazioni di ripetibilità è riproducibilità di calibru nantu à tutti i so equipaghji di prova, sò ben cuscenti di i limiti di a prova. A maiò parte utilizanu a valutazione di a durezza di i tubi cum'è parte di u prucessu di pruduzzione, ma ùn l'utilizanu micca per quantificà e proprietà di i tubi. Questu hè solu un test di successu / fallimentu.
Perchè avete bisognu di sapè di MYS, UTS è l'allungamentu minimu? Indicanu cumu si cumporterà u tubu in assemblaggio.
MYS hè a forza minima chì provoca a deformazione permanente di u materiale. Sè pruvate à piegà ligeramente un filu drittu (cum'è una gruccia) è rilasciate a pressione, accadrà una di e duie cose: tornerà à u so statu originale (drittu) o resterà piegatu. S'ellu hè sempre drittu, ùn avete micca superatu MYS. S'ellu hè sempre piegatu, l'avete superatu.
Avà, aduprate pinze per stringere e duie estremità di u filu. Sè vo pudete strappà u filu in dui pezzi, site sopra à u so UTS. Ci mettite assai tensione è avete dui fili per mustrà u vostru sforzu sovrumanu. Sè a lunghezza originale di u filu hè di 5 pollici, è e duie lunghezze dopu a rottura aghjunghjenu à 6 pollici, u filu hè stiratu di 1 pollice, o 20%. A prova di allungamentu attuale hè misurata à 2 pollici da u puntu di rottura, ma qualunque sia - u cuncettu di u filu di trazione illustra l'UTS.
I campioni di microfotografia d'acciaio devenu esse tagliati, lucidati è incisi cù una soluzione ligeramente acida (di solitu acidu nitricu è alcolu (nitroetanolo)) per rende visibili i grani. L'ingrandimentu 100x hè cumunemente adupratu per ispezionà i grani d'acciaio è determinà a dimensione di i grani.
A durezza hè una prova di cumu un materiale risponde à l'impattu. Imaginate di mette un pezzu cortu di tubu in una morsa cù mascelle seghettate è di girà a morsa per chjude. Oltre à appiattisce u tubu, e mascelle di a morsa lascianu ancu rientranze nantu à a superficia di u tubu.
Cusì funziona a prova di durezza, ma ùn hè micca cusì ruvida. Questa prova hà una dimensione d'impattu cuntrullata è una pressione cuntrullata. Queste forze deformanu a superficia, creendu una indentazione o una rientranza. A dimensione o a prufundità di l'indentazione determina a durezza di u metallu.
Per valutà l'acciaiu, i testi di durezza cumuni sò Brinell, Vickers è Rockwell. Ognunu hà a so propria scala, è alcuni anu parechji metudi di prova, cum'è Rockwell A, B è C. Per i tubi d'acciaiu, a Specificazione ASTM A513 face riferimentu à a prova Rockwell B (abbreviata cum'è HRB o RB). A prova Rockwell B misura a differenza di penetrazione di l'acciaiu da una palla d'acciaiu di 1⁄16 di pollice di diametru trà una piccula precarica è una carica primaria di 100 kgf. Un risultatu tipicu per l'acciaiu dolce standard hè HRB 60.
I scientifichi di i materiali sanu chì a durezza hè linearmente ligata à l'UTS. Dunque, una data durezza pò prevede l'UTS. In listessu modu, i pruduttori di tubi sanu chì MYS è UTS sò ligati. Per i tubi saldati, MYS hè tipicamente da 70% à 85% di UTS. A quantità esatta dipende da u prucessu di fabricazione di u tubu. A durezza di HRB 60 hè correlata à un UTS di 60.000 libbre per pollice quadratu (PSI) è un MYS di 80%, o 48.000 PSI.
A specificazione di i tubi più cumuna in a fabricazione generale hè a durezza massima. In più di a dimensione, l'ingegnere era preoccupatu di specificà un tubu saldatu à resistenza elettrica (ERW) in un bonu intervallu di travagliu, chì puderia risultà in una durezza massima di forse HRB 60 chì si trova nantu à u disegnu di i cumpunenti. Sta decisione sola porta à una gamma di proprietà meccaniche finali, cumprese a durezza stessa.
Prima, a durezza di HRB 60 ùn ci dice micca assai. A lettura di HRB 60 hè un numeru senza dimensione. U materiale valutatu cù HRB 59 hè più dolce di u materiale testatu cù HRB 60, è HRB 61 hè più duru di HRB 60, ma di quantu? Ùn pò esse quantificatu cum'è u vulume (misuratu in decibel), a coppia (misurata in libbre-piedi), a velocità (misurata in distanza relativa à u tempu), o UTS (misurata in libbre per pollice quadratu). A lettura di HRB 60 ùn ci dice nunda di specificu. Questa hè una pruprietà di u materiale, ma micca una pruprietà fisica. Siconda, a prova di durezza ùn hè micca adatta per a ripetibilità o a riproducibilità. A valutazione di duie pusizioni nantu à un campione di prova, ancu s'è e pusizioni di prova sò vicine l'una à l'altra, spessu risulta in una grande variazione in e letture di durezza. A cumpusizione di stu prublema hè a natura di a prova. Dopu chì una pusizione hè stata misurata, ùn pò esse misurata una seconda volta per verificà i risultati. A ripetibilità di a prova ùn hè micca pussibule.
Questu ùn significa micca chì a prova di durezza sia inconveniente. In fatti, furnisce una bona guida per l'UTS di un materiale, è hè una prova rapida è faciule da fà. Tuttavia, tutti quelli chì sò implicati in a specificazione, l'acquistu è a fabricazione di tubi devenu esse cuscenti di e so limitazioni cum'è parametru di prova.
Siccomu i tubi "normali" ùn sò micca ben definiti, quandu hè necessariu, i pruduttori di tubi spessu i restringenu à i dui tubi d'acciaio più cumunimenti usati è i tipi di tubi definiti in ASTM A513: 1008 è 1010. Ancu dopu avè eliminatu tutti l'altri tipi di tubi, e pussibilità in termini di proprietà meccaniche di questi dui tipi di tubi sò spalancate. In fatti, questi tipi di tubi anu a più larga gamma di proprietà meccaniche di qualsiasi tipu.
Per esempiu, un tubu hè discrittu cum'è dolce se u MYS hè bassu è l'allungamentu hè altu, ciò chì significa chì hà prestazioni megliu in trazione, deflessione è deformazione chè un tubu discrittu cum'è duru, chì hà un MYS relativamente altu è un allungamentu relativamente bassu. Questu hè simile à a differenza trà u filu dolce è duru, cum'è l'appendiabiti è i trapani.
L'allungamentu stessu hè un altru fattore chì hà un impattu significativu nantu à l'applicazioni critiche di i tubi. I tubi cù un allungamentu elevatu ponu sustene e forze di trazione; i materiali cù un allungamentu bassu sò più fragili è dunque più propensi à fallimenti catastrofichi di tipu fatigue. Tuttavia, l'allungamentu ùn hè micca direttamente ligatu à UTS, chì hè l'unica pruprietà meccanica direttamente ligata à a durezza.
Perchè e proprietà meccaniche di i tubi varianu tantu? Prima, a cumpusizione chimica hè diversa. L'acciaiu hè una suluzione solida di ferru è carbone è altre leghe impurtanti. Per simplicità, ci occuperemu solu di e percentuali di carbone quì. L'atomi di carbone rimpiazzanu alcuni di l'atomi di ferru, furmendu a struttura cristallina di l'acciaiu. L'ASTM 1008 hè un gradu primariu cumpletu cù un cuntenutu di carbone da 0% à 0,10%. Zero hè un numeru assai speciale chì produce proprietà uniche quandu u cuntenutu di carbone in l'acciaiu hè ultra-bassu. L'ASTM 1010 specifica un cuntenutu di carbone trà 0,08% è 0,13%. Queste differenze ùn parenu micca enormi, ma sò abbastanza grande per fà una grande differenza in altrò.
Siconda, u tubu d'acciaiu pò esse fabbricatu o fabbricatu è dopu trasfurmatu in sette prucessi di fabricazione diversi. L'ASTM A513 ligatu à a pruduzzione di tubi ERW elenca sette tippi:
Sè a cumpusizione chimica di l'acciaiu è e tappe di fabricazione di i tubi ùn anu micca effettu nant'à a durezza di l'acciaiu, chì hè? Risponde à sta quistione significa esaminà attentamente i dettagli. Sta quistione suscita duie altre dumande: Chì dettagli, è quantu vicinu?
I dettagli nantu à i grani chì custituiscenu l'acciaiu sò a prima risposta. Quandu l'acciaiu hè fattu in una acciaieria primaria, ùn si raffredda micca in un bloccu enorme cù una sola caratteristica. Mentre l'acciaiu si raffredda, e molecule di l'acciaiu si urganizanu in mudelli ripetuti (cristalli), simile à cumu si formanu i fiocchi di neve. Dopu chì i cristalli sò furmati, si aggreganu in gruppi chjamati grani. Mentre u raffreddamentu avanza, i grani crescenu è si formanu in tutta a lamina o a piastra. I grani smettenu di cresce quandu l'ultime molecule d'acciaiu sò assorbite da i grani. Tuttu què accade à u livellu microscopicu perchè a dimensione media di u granu d'acciaiu hè di circa 64 µ o 0,0025 pollici di larghezza. Mentre ogni granu hè simile à u prossimu, ùn sò micca listessi. Varianu ligeramente in dimensione, orientazione è cuntenutu di carbone. L'interfaccia trà i grani hè chjamata cunfine di granu. Quandu l'acciaiu si rompe, per esempiu per via di crepe da fatica, tende à fallu longu i cunfini di i grani.
Quantu luntanu ci vole à guardà per vede i grani discernibili ? Un ingrandimentu di 100x, o una visione umana di 100x, hè abbastanza. Tuttavia, solu fighjà l'acciaiu micca trattatu à 100 volte a putenza ùn revela micca assai. U campione hè preparatu lucidendu u campione è incisendu a superficia cù un acidu (di solitu acidu nitricu è alcolu) chjamatu incisore nitroetanolu.
Sò i grani è u so reticolo internu chì determinanu a resistenza à l'impattu, MYS, UTS è l'allungamentu chì un acciaio pò suppurtà prima di a ruptura.
I passi di fabricazione di l'acciaiu, cum'è a laminazione à caldu è à fretu di e strisce, applicanu una tensione in a struttura di u granu; s'elli cambianu permanentemente di forma, questu significa chì a tensione deforma u granu. Altri passi di trasfurmazione, cum'è l'avvolgimentu di l'acciaiu in bobine, u srotolamentu è a deformazione di i grani d'acciaiu attraversu un mulinu di tubi (per furmà è dimensionà u tubu). U trafilamentu à fretu di u tubu nantu à u mandrinu mette ancu pressione nantu à u materiale, cum'è i passi di fabricazione cum'è a furmazione di l'estremità è a piegatura. I cambiamenti in a struttura di u granu sò chjamati dislocazioni.
I passi sopra citati riducenu a duttilità di l'acciaiu, chì hè a so capacità di resiste à a tensione di trazione (apertura di trazione). L'acciaiu diventa fragile, ciò chì significa chì hè più prubabile chì si rompa se si cuntinueghja à travaglià ci sopra. L'allungamentu hè un cumpunente di a duttilità (a cumpressibilità hè un altru). Hè impurtante capisce chì a fallimentu si verifica più spessu durante a tensione di trazione, micca a cumpressione. L'acciaiu hè assai resistente à a tensione di trazione per via di a so capacità di allungamentu relativamente alta. Tuttavia, l'acciaiu si deforma facilmente sottu à a tensione di compressione - hè duttile - ciò chì hè un vantaghju.
U béton hà una resistenza à a compressione elevata ma una duttilità bassa paragunata à u béton. Queste proprietà sò opposte à quelle di l'acciaiu. Hè per quessa chì u béton utilizatu per strade, edifici è marciapiedi hè spessu dotatu di barre d'armatura. U risultatu hè un pruduttu cù e forze di dui materiali: sottu tensione, l'acciaiu hè forte, è sottu pressione, u béton.
Durante a lavorazione à fretu, à misura chì a duttilità di l'acciaiu diminuisce, a so durezza aumenta. In altre parole, s'indurisce. Sicondu a situazione, questu pò esse un benefiziu; tuttavia, pò esse un svantaghju postu chì a durezza hè equiparata à a fragilità. Vale à dì, à misura chì l'acciaiu diventa più duru, diventa menu elasticu; dunque, hè più prubabile chì si rompa.
In altre parolle, ogni passu di u prucessu cunsuma una parte di a duttilità di u tubu. Diventa più duru mentre a parte travaglia, è s'ellu hè troppu duru hè praticamente inutile. A durezza hè fragilità, è un tubu fragile hè prubabile di fallu quandu hè adupratu.
U fabricatore hà qualchì opzione in questu casu? In breve, sì. Questa opzione hè a ricottura, è ancu s'ellu ùn hè micca magicu, hè u più vicinu à a magia pussibule.
In termini simplici, a ricottura elimina tutti l'effetti di u stress fisicu nantu à u metallu. Stu prucessu riscalda u metallu à una temperatura di sollievu di u stress o di ricristallizazione, eliminendu cusì e dislocazioni. Sicondu a temperatura specifica è u tempu utilizatu in u prucessu di ricottura, u prucessu restaura cusì una parte o tutta a so duttilità.
A ricottura è u raffreddamentu cuntrullatu prumove a crescita di i grani. Questu hè beneficu se l'obiettivu hè di riduce a fragilità di u materiale, ma a crescita incontrollata di i grani pò ammorbidisce troppu u metallu, rendendulu inutilizabile per l'usu previstu. Fermà u prucessu di ricottura hè un'altra cosa quasi magica. A tempra à a temperatura ghjusta cù l'agente di tempra ghjustu à u mumentu ghjustu porta u prucessu à una fermata rapida per ottene e proprietà di recuperu di l'acciaiu.
Duvemu abbandunà a specificazione di durezza? Innò. E caratteristiche di durezza sò preziose principalmente cum'è puntu di riferimentu quandu si specificanu tubi d'acciaiu. Una misura utile, a durezza hè una di e numerose caratteristiche chì devenu esse specificate quandu si ordina materiale tubulare è verificate à a ricezione (è devenu esse registrate cù ogni spedizione). Quandu l'ispezione di durezza hè u standard d'ispezione, deve avè valori di scala è intervalli di cuntrollu adatti.
Tuttavia, ùn hè micca una vera prova per qualificà (accettà o ricusà) u materiale. In più di a durezza, i pruduttori devenu occasionalmente testà e spedizioni per determinà altre proprietà pertinenti, cum'è MYS, UTS, o allungamentu minimu, secondu l'applicazione di u tubu.
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 hè diventata a prima rivista dedicata à serve l'industria di i tubi metallichi in u 1990. Oghje, ferma l'unica publicazione in America di u Nordu dedicata à l'industria è hè diventata a fonte d'infurmazione più affidabile per i prufessiunali di i tubi.
Avà cù accessu cumpletu à l'edizione digitale di The FABRICATOR, accessu faciule à risorse preziose di l'industria.
L'edizione digitale di The Tube & Pipe Journal hè avà cumpletamente accessibile, dendu un accessu faciule à risorse preziose di l'industria.
Prufittate di l'accessu cumpletu à l'edizione digitale di STAMPING Journal, chì furnisce l'ultimi avanzamenti tecnologichi, e migliori pratiche è e nutizie di l'industria per u mercatu di stampaggio di metalli.
Prufittate di l'accessu cumpletu à l'edizione digitale di The Additive Report per amparà cumu a fabricazione additiva pò esse aduprata per migliurà l'efficienza operativa è aumentà i profitti.
Avà cù accessu cumpletu à l'edizione digitale di The Fabricator en Español, accessu faciule à risorse preziose di l'industria.