Әртүрлі сынақ хаттамалары (Brinell, Rockwell, Vickers) сынақтан өткізілетін жобаға тән процедураларға ие. Rockwell T сынағы жеңіл қабырға түтіктерін түтікті ұзына бойымен кесу және қабырғаны сыртқы диаметрден емес, ішкі диаметрден сынау арқылы тексеруге жарамды.
Түтікшелерге тапсырыс беру автосалонға барып, жеңіл көлікке немесе жүк көлігіне тапсырыс беруге ұқсайды. Бүгінгі таңда қолжетімді көптеген нұсқалар сатып алушыларға көлікті әртүрлі тәсілдермен — интерьер және сыртқы түстермен, интерьер безендіру жинақтарымен, сыртқы стиль нұсқаларымен, қозғалтқыш таңдауларымен және үй ойын-сауық жүйесімен бәсекелесетін аудиожүйемен — теңшеуге мүмкіндік береді. Осы нұсқалардың барлығын ескере отырып, сіз стандартты, қосымшалары жоқ көлікке қанағаттанбауыңыз мүмкін.
Болат құбырлар дәл сондай. Оның мыңдаған нұсқалары немесе сипаттамалары бар. Өлшемдерінен басқа, сипаттамада химиялық және бірнеше механикалық қасиеттер, мысалы, минималды беріктік (MYS), шекті созылу беріктігі (UTS) және істен шыққанға дейінгі минималды созылу көрсетілген. Дегенмен, саладағы көптеген мамандар - инженерлер, сатып алушы агенттер және өндірушілер - «қалыпты» дәнекерленген құбырды пайдалануды талап ететін және тек бір сипаттаманы көрсететін қабылданған салалық қысқартылған стандарттарды пайдаланады: қаттылық.
Көлікті бір ғана сипаттамасы бойынша тапсырыс беріп көріңіз («Маған автоматты беріліс қорабы бар көлік керек»), сонда сатушымен тым алысқа бармайсыз. Ол көптеген нұсқалары бар тапсырыс нысанын толтыруы керек. Құбыр - дәл солай - қолдануға дұрыс құбырды таңдау үшін құбыр өндірушісіне тек қаттылықтан басқа да ақпарат қажет.
Қаттылық басқа механикалық қасиеттердің танымал алмастырғышына қалай айналады? Бұл, бәлкім, құбыр өндірушісінен басталған шығар. Қаттылықты тексеру жылдам, оңай және салыстырмалы түрде арзан жабдықты қажет ететіндіктен, түтік сатушылары екі түтікті салыстыру үшін қаттылықты тексеруді жиі пайдаланады. Қаттылықты тексеру үшін оларға тек тегіс құбыр ұзындығы және сынақ стенді қажет.
Түтіктің қаттылығы UTS-пен жақсы корреляцияланады, және әдетте, пайыздар немесе пайыздық диапазондар MYS бағалауда пайдалы, сондықтан қаттылықты сынау басқа қасиеттер үшін қалай қолайлы прокси бола алатынын көру оңай.
Сонымен қатар, басқа сынақтар салыстырмалы түрде күрделі. Қаттылықты сынау бір машинада бір минуттай уақытты алса, MYS, UTS және созылу сынағы үлгі дайындауды және ірі зертханалық жабдықтарға айтарлықтай инвестиция салуды талап етеді. Салыстыру үшін, құбырлы диірмен операторының қаттылықты сынауын жүргізуі бірнеше секундты, ал кәсіби металлургиялық техниктің созылу сынағын жүргізуі бірнеше сағатты алады. Қаттылықты тексеру қиын емес.
Бұл құбыр өндірушілері қаттылықты сынауды пайдаланбайды дегенді білдірмейді. Көпшілік адамдар солай істейді деп айтуға болады, бірақ олар барлық сынақ жабдықтарында өлшеуіш қайталанымдылық пен қайталануды бағалауды жүргізетіндіктен, сынақтың шектеулерін жақсы біледі. Көпшілігі түтік қаттылығын бағалауды өндіріс процесінің бөлігі ретінде пайдаланады, бірақ оны түтік қасиеттерін сандық бағалау үшін пайдаланбайды. Бұл тек өту/сәтсіздік сынағы.
Неліктен MYS, UTS және минималды созылу туралы білуіңіз керек? Олар түтіктің құрастыру кезінде қалай жұмыс істейтінін көрсетеді.
MYS – материалдың тұрақты деформациясын тудыратын минималды күш. Егер сіз түзу сымды (мысалы, пальто ілгішті) аздап майыстырып, қысымды босатуға тырыссаңыз, екі нәрсенің бірі болады: ол бастапқы күйіне (түзу) оралады немесе майысып қалады. Егер ол әлі де түзу болса, сіз MYS-тен өткен жоқсыз. Егер ол әлі де майысып тұрса, сіз оны асыра пайдаландыңыз.
Енді сымның екі ұшын қысу үшін қысқышты пайдаланыңыз. Егер сіз сымды екі бөлікке бөле алсаңыз, оның UTS-тен асып кеткеніңіз. Сіз оған көп кернеу жасайсыз және сізде өзіңіздің ерекше күш-жігеріңізді көрсету үшін екі сым болады. Егер сымның бастапқы ұзындығы 5 дюйм болса және істен шыққаннан кейінгі екі ұзындықтың қосындысы 6 дюймге жетсе, сым 1 дюймге немесе 20% созылады. Нақты созылу сынағы істен шыққан нүктеден 2 дюйм қашықтықта өлшенеді, бірақ қандай болса да - тарту сымының тұжырымдамасы UTS-ті көрсетеді.
Болат фотомикрограф үлгілерін түйіршіктерді көрінетін ету үшін аздап қышқыл ерітіндіні (әдетте азот қышқылы және спирт (нитроэтанол)) пайдаланып кесу, жылтырату және ою қажет. Болат түйіршіктерін тексеру және түйіршік өлшемін анықтау үшін әдетте 100 есе үлкейту қолданылады.
Қаттылық - материалдың соққыға қалай жауап беретінін тексеру. Қысқа құбыр бөлігін тісті жақтары бар қысқышқа салып, қысқышты жабу үшін бұрап жатқаныңызды елестетіп көріңіз. Түтікті тегістеумен қатар, қысқыштың жақтары түтіктің бетінде ойықтар қалдырады.
Қаттылық сынағы осылай жұмыс істейді, бірақ ол соншалықты кедір-бұдыр емес. Бұл сынақ бақыланатын соққы мөлшері мен бақыланатын қысымға ие. Бұл күштер бетті деформациялайды, ойық немесе ойық жасайды. Ойықтың мөлшері немесе тереңдігі металдың қаттылығын анықтайды.
Болатты бағалау үшін Бринелл, Виккерс және Роквелл бойынша жиі қолданылатын қаттылық сынақтары қолданылады. Әрқайсысының өзіндік шкаласы бар, ал кейбіреулерінің бірнеше сынақ әдістері бар, мысалы, Роквелл A, B және C. Болат құбырлар үшін ASTM A513 сипаттамасы Роквелл B сынағына (қысқартылған HRB немесе RB) сілтеме жасайды. Роквелл B сынағы болаттың ену айырмашылығын 1⁄16 дюймдік диаметрлі болат шар арқылы 100 кгс бастапқы жүктеме мен кішігірім алдын ала жүктеме арасындағы өлшейді. Стандартты жұмсақ болат үшін әдеттегі нәтиже HRB ​​60 болып табылады.
Материалтанушылар қаттылықтың UTS-пен сызықтық байланысты екенін біледі. Сондықтан, берілген қаттылық UTS-ті болжай алады. Сол сияқты, түтік өндірушілері MYS пен UTS-тің байланысты екенін біледі. Дәнекерленген құбыр үшін MYS әдетте UTS-тің 70%-дан 85%-ға дейінін құрайды. Нақты мөлшері түтікті жасау процесіне байланысты. HRB 60 қаттылығы шаршы дюймге 60 000 фунт UTS (PSI) және 80% немесе 48 000 PSI MYS-ке сәйкес келеді.
Жалпы өндірістегі ең көп таралған құбыр сипаттамасы - максималды қаттылық. Өлшемінен басқа, инженер жақсы жұмыс диапазонында дәнекерленген электр кедергісі бар дәнекерленген (ERW) құбырды көрсетуге алаңдады, бұл компонент сызбасында HRB 60 максималды қаттылығының пайда болуына әкелуі мүмкін. Тек осы шешімнің өзі қаттылықтың өзін қоса алғанда, бірқатар соңғы механикалық қасиеттерге әкеледі.
Біріншіден, HRB 60 қаттылығы бізге көп нәрсе айтпайды. HRB 60 көрсеткіші өлшемсіз сан болып табылады. HRB 59 арқылы бағаланған материал HRB 60 арқылы сыналған материалға қарағанда жұмсақ, ал HRB 61 HRB 60-тан қаттырақ, бірақ қаншалықты? Оны көлем (децибелмен өлшенеді), айналу моменті (фунт-футпен өлшенеді), жылдамдық (уақытқа қатысты қашықтықпен өлшенеді) немесе UTS (шаршы дюймге фунтпен өлшенеді) сияқты сандық бағалау мүмкін емес. HRB 60 көрсеткіші бізге нақты ештеңе айтпайды. Бұл материалдың қасиеті, бірақ физикалық қасиет емес. Екіншіден, қаттылықты сынау қайталанымдылық немесе қайталанушылық үшін жарамсыз. Сынақ үлгісіндегі екі орынды бағалау, тіпті сынақ орындары бір-біріне жақын болса да, көбінесе қаттылық көрсеткіштерінде үлкен ауытқуларға әкеледі. Бұл мәселені қиындату сынақтың сипаты болып табылады. Орын өлшенгеннен кейін, нәтижелерді тексеру үшін оны екінші рет өлшеу мүмкін емес. Сынақтың қайталанымдылығы мүмкін емес.
Бұл қаттылықты сынау қолайсыз дегенді білдірмейді. Шын мәнінде, бұл материалдың UTS үшін жақсы нұсқаулық болып табылады және оны орындау жылдам және оңай. Дегенмен, түтіктерді анықтауға, сатып алуға және өндіруге қатысатын әрбір адам оның сынақ параметрі ретіндегі шектеулерін білуі керек.
«Қалыпты» құбыр нақты анықталмағандықтан, қажет болған жағдайда құбыр өндірушілері оны ASTM A513 стандартында анықталған ең көп қолданылатын екі болат құбыр мен құбыр түріне дейін қысқартады: 1008 және 1010. Барлық басқа құбыр түрлерін алып тастағаннан кейін де, бұл екі құбыр түрінің механикалық қасиеттері тұрғысынан мүмкіндіктер кеңінен ашылады. Шын мәнінде, бұл құбыр түрлері кез келген түрдегі механикалық қасиеттердің ең кең ауқымына ие.
Мысалы, егер MYS төмен және созылуы жоғары болса, түтік жұмсақ деп сипатталады, бұл оның MYS салыстырмалы түрде жоғары және созылуы салыстырмалы түрде төмен қатты деп сипатталған түтікке қарағанда созылу, майысу және қату кезінде жақсы жұмыс істейтінін білдіреді. Бұл киім ілгіштер мен бұрғылар сияқты жұмсақ және қатты сымдардың айырмашылығына ұқсас.
Ұзарудың өзі құбырлардың маңызды қолданылуына айтарлықтай әсер ететін тағы бір фактор болып табылады. Ұзаруы жоғары құбырлар созылу күштеріне төтеп бере алады; ұзаруы төмен материалдар сынғыш келеді, сондықтан апатты шаршау түріндегі ақауларға бейім. Дегенмен, ұзару UTS-пен тікелей байланысты емес, ол қаттылыққа тікелей қатысты жалғыз механикалық қасиет.
Неліктен түтіктердің механикалық қасиеттері соншалықты әртүрлі? Біріншіден, химиялық құрамы әртүрлі. Болат - темір мен көміртектің және басқа да маңызды қорытпалардың қатты ерітіндісі. Қарапайымдылық үшін біз мұнда тек көміртек пайыздарын қарастырамыз. Көміртек атомдары темір атомдарының бір бөлігін ауыстырады, болаттың кристалдық құрылымын құрайды. ASTM 1008 - көміртегі мөлшері 0%-дан 0,10%-ға дейін болатын жалпы бастапқы сорт. Нөл - болаттағы көміртегі мөлшері өте төмен болған кезде бірегей қасиеттерді тудыратын өте ерекше сан. ASTM 1010 көміртегі мөлшерін 0,08%-дан 0,13%-ға дейін көрсетеді. Бұл айырмашылықтар үлкен болып көрінбейді, бірақ олар басқа жерде үлкен айырмашылық жасауға жеткілікті.
Екіншіден, болат құбырды жеті түрлі өндіріс процесінде жасауға немесе дайындауға және кейіннен өңдеуге болады. ERW құбырларын өндіруге қатысты ASTM A513 жеті түрді тізімдейді:
Егер болаттың химиялық құрамы мен құбыр өндірісінің кезеңдері болаттың қаттылығына әсер етпесе, онда қандай қаттылық әсер етеді? Бұл сұраққа жауап беру бөлшектерді мұқият қарастыруды білдіреді. Бұл сұрақ тағы екі сұрақ туғызады: қандай бөлшектер және қаншалықты жақын?
Болаттың құрамына кіретін түйіршіктер туралы мәліметтер бірінші жауап болып табылады. Болат бастапқы болат зауытында жасалған кезде, ол бір ғана ерекшелігі бар үлкен блокқа айналмайды. Болат суыған кезде, болаттың молекулалары қайталанатын үлгілерде (кристалдарда) ұйымдастырылады, бұл қар ұшқындарының пайда болуына ұқсас. Кристалдар пайда болғаннан кейін олар түйіршіктер деп аталатын топтарға біріктіріледі. Салқындату кезінде түйіршіктер парақ немесе пластина бойымен өсіп, қалыптасады. Соңғы болат молекулалары түйіршіктерге сіңген кезде түйіршіктер өсуін тоқтатады. Мұның бәрі микроскопиялық деңгейде болады, себебі орташа өлшемдегі болат түйіршігінің ені шамамен 64 мкм немесе 0,0025 дюйм. Әрбір түйіршік келесі түйіршікке ұқсас болғанымен, олар бірдей емес. Олар мөлшері, бағыты және көміртегі мөлшері бойынша аздап ерекшеленеді. Түйіршіктер арасындағы интерфейс түйіршік шекарасы деп аталады. Болат істен шыққан кезде, мысалы, шаршау жарықтарына байланысты, ол түйіршік шекаралары бойымен істен шығуға бейім.
Ажыратылатын түйіршіктерді көру үшін қаншалықты алыс қарау керек? 100 есе үлкейту немесе адамның көру қабілетін 100 есе арттыру жеткілікті. Дегенмен, өңделмеген болатты 100 есе күшейтумен қарау көп нәрсені көрсетпейді. Үлгі үлгіні жылтырату және бетін нитроэтанолды шылау деп аталатын қышқылмен (әдетте азот қышқылы және спирт) өңдеу арқылы дайындалады.
Болаттың сынғанға дейін төтеп бере алатын соққы беріктігін, MYS, UTS және созылу қабілетін түйіршіктері және олардың ішкі торы анықтайды.
Болат құю кезеңдерінде, мысалы, таспаны ыстық және суықтай илемдеу кезінде түйіршік құрылымына кернеу түседі; егер олар пішінін тұрақты түрде өзгертсе, бұл кернеу түйіршікті деформациялайтынын білдіреді. Басқа өңдеу кезеңдерінде, мысалы, болатты орамдарға орау, оны орау және болат түйіршіктерін түтік диірмені арқылы деформациялау (түтіктің пішінін және өлшемін жасау үшін). Түтікті оқтауға суықтай тарту материалға қысым жасайды, сондай-ақ ұшын қалыптастыру және иілу сияқты өндіріс кезеңдерінде де қысым жасалады. Түйіршік құрылымындағы өзгерістер дислокация деп аталады.
Жоғарыда аталған қадамдар болаттың созылу (тарту) кернеуіне төтеп беру қабілетін төмендетеді. Болат сынғыш болады, яғни егер сіз онымен жұмыс істей берсеңіз, оның сыну ықтималдығы жоғары болады. Созылу - созылу қабілетінің бір компоненті (сығымдалуы - тағы бір компонент). Сыну кезінде емес, көбінесе созылу кернеуі кезінде бұзылатынын түсіну маңызды. Болат салыстырмалы түрде жоғары созылу қабілетіне байланысты созылу кернеуіне өте төзімді. Дегенмен, болат қысу кернеуі кезінде оңай деформацияланады - ол созылғыш - бұл артықшылық.
Бетонның қысымға беріктігі жоғары, бірақ бетонмен салыстырғанда икемділігі төмен. Бұл қасиеттер болатқа қарама-қайшы. Сондықтан жолдарда, ғимараттарда және тротуарларда қолданылатын бетон көбінесе арматурамен жабдықталған. Нәтижесінде екі материалдың беріктігіне ие өнім алынады: созылу кезінде болат берік, ал қысым кезінде бетон берік.
Суық өңдеу кезінде болаттың икемділігі төмендеген сайын оның қаттылығы артады. Басқаша айтқанда, ол қатаяды. Жағдайға байланысты бұл артықшылық болуы мүмкін; дегенмен, қаттылық сынғыштықпен теңестірілгендіктен, бұл кемшілік болуы мүмкін. Яғни, болат қатая түскен сайын серпімділігі төмендейді; сондықтан оның істен шығу ықтималдығы жоғары.
Басқаша айтқанда, әрбір технологиялық қадам құбырдың икемділігінің бір бөлігін тұтынады. Бөлшек жұмыс істеген сайын ол қаттылана түседі, ал егер ол тым қатты болса, ол іс жүзінде пайдасыз болады. Қаттылық - бұл сынғыштық, ал сынғыш түтік қолданылған кезде істен шығуы мүмкін.
Өндірушінің бұл жағдайда қандай да бір нұсқалары бар ма? Қысқасы, иә. Бұл нұсқа күйдіру болып табылады, және ол сиқырлы болмаса да, сиқырға мүмкіндігінше жақын.
Қарапайым тілмен айтқанда, күйдіру металға физикалық кернеудің барлық әсерін жояды. Бұл процесс металды кернеуді жеңілдету немесе қайта кристалдану температурасына дейін қыздырады, осылайша дислокацияны жояды. Күйдіру процесінде қолданылатын нақты температура мен уақытқа байланысты процесс оның иілгіштігінің бір бөлігін немесе барлығын қалпына келтіреді.
Күйдіру және бақыланатын салқындату дәннің өсуіне ықпал етеді. Бұл материалдың сынғыштығын азайту мақсат етілген жағдайда пайдалы, бірақ бақыланбайтын дәннің өсуі металды тым жұмсартып, оны мақсатты пайдалану үшін жарамсыз етуі мүмкін. Күйдіру процесін тоқтату - тағы бір сиқырлы нәрсе. Дұрыс температурада дұрыс уақытта дұрыс сөндіргіш агентпен сөндіру болаттың қалпына келтіру қасиеттерін алу үшін процесті тез тоқтатады.
Қаттылық сипаттамасын алып тастау керек пе? Жоқ. Болат құбырларды көрсеткен кезде қаттылық сипаттамалары ең алдымен анықтамалық нүкте ретінде құнды. Пайдалы өлшем ретінде қаттылық - құбырлы материалға тапсырыс берген кезде көрсетілуі және алынған кезде тексерілуі керек (және әрбір жөнелтумен бірге жазылуы керек) бірнеше сипаттамалардың бірі. Қаттылықты тексеру тексеру стандарты болған кезде, оның тиісті шкала мәндері мен бақылау диапазондары болуы керек.
Дегенмен, бұл материалды біліктілікке (қабылдау немесе қабылдамау) арналған шынайы сынақ емес. Қаттылықтан басқа, өндірушілер түтіктің қолданылуына байланысты MYS, UTS немесе минималды созылу сияқты басқа да тиісті қасиеттерді анықтау үшін жеткізілімдерді кейде тексеріп отыруы керек.
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 1990 жылы металл құбырлар өнеркәсібіне қызмет көрсетуге арналған алғашқы журнал болды. Бүгінгі таңда ол Солтүстік Америкадағы салаға арналған жалғыз басылым болып қала береді және құбыр мамандары үшін ең сенімді ақпарат көзіне айналды.
Енді The FABRICATOR сандық нұсқасына толық қол жеткізу арқылы құнды салалық ресурстарға оңай қол жеткізу.
The Tube & Pipe Journal журналының цифрлық нұсқасы енді толығымен қолжетімді, бұл салалық құнды ресурстарға оңай қол жеткізуді қамтамасыз етеді.
Металл штамптау нарығы үшін ең соңғы технологиялық жетістіктерді, озық тәжірибелерді және салалық жаңалықтарды ұсынатын STAMPING Journal журналының сандық басылымына толық қол жеткізіңіз.
Аддитивті өндірісті операциялық тиімділікті арттыру және пайданы арттыру үшін қалай пайдалануға болатынын білу үшін The Additive Report сандық нұсқасына толық қол жеткізіңіз.
Енді The Fabricator en Español сандық басылымына толық қол жеткізу мүмкіндігімен құнды салалық ресурстарға оңай қол жеткізу.