Различни протоколи за тестирање (Бринел, Роквел, Викерс) имаат процедури специфични за проектот што се тестира. Rockwell T тестот е погоден за проверка на цевки со лесни ѕидови со сечење на цевката по должина и тестирање на ѕидот од внатрешниот дијаметар, а не од надворешниот дијаметар.
Нарачувањето цевки е малку како одење во салон за автомобили и нарачување автомобил или камион. Денес, многуте достапни опции им овозможуваат на купувачите да го прилагодат возилото на различни начини - бои за ентериер и екстериер, пакети за внатрешна декорација, опции за надворешен стил, избор на погонски склоп и аудио систем кој речиси може да се спореди со систем за домашна забава. Со оглед на сите овие опции, можеби нема да бидете задоволни со стандардно, едноставно возило.
Челичните цевки се токму тоа. Има илјадници опции или спецификации. Покрај димензиите, спецификацијата ги наведува хемиските и неколку механички својства како што се минимална граница на истегнување (MYS), крајна цврстина на затегнување (UTS) и минимално издолжување пред дефект. Сепак, многумина во индустријата - инженери, агенти за набавки и производители - користат прифатени индустриски кратенки кои бараат употреба на „нормална“ заварена цевка и специфицираат само една карактеристика: тврдост.
Обидете се да нарачате автомобил според една карактеристика („Ми треба автомобил со автоматски менувач“) и нема да стигнете предалеку со продавачот. Тој мора да пополни формулар за нарачка со многу опции. Цевката е токму тоа - за да ја добие вистинската цевка за апликацијата, на производителот на цевки му се потребни повеќе информации отколку само тврдост.
Како тврдоста станува препознатлива замена за други механички својства? Веројатно започнало со производител на цевки. Бидејќи тестирањето на тврдоста е брзо, лесно и бара релативно евтина опрема, продавачите на цевки често користат тестирање на тврдоста за да споредат две цевки. За да извршат тест на тврдост, сè што им е потребно е мазна должина на цевка и тест сталак.
Тврдоста на цевката добро корелира со UTS, и како правило, процентите или процентните опсези се корисни при проценка на MYS, па затоа е лесно да се види како тестирањето на тврдоста може да биде соодветна замена за други својства.
Исто така, другите тестови се релативно сложени. Додека тестирањето на тврдоста трае само минута или приближно толку на една машина, тестирањето на MYS, UTS и издолжување бара подготовка на примероци и значителна инвестиција во голема лабораториска опрема. За споредба, на операторот на цевчеста мелница му се потребни секунди за да изврши тест на тврдост, а на професионалниот металуршки техничар му се потребни часови за да изврши тест на затегнување. Не е тешко да се изврши проверка на тврдоста.
Ова не значи дека производителите на инженерски цевки не користат тестирање на тврдоста. Безбедно е да се каже дека повеќето луѓе го прават тоа, но бидејќи тие вршат проценки на повторување и репродуктивност на целата нивна опрема за тестирање, тие се добро свесни за ограничувањата на тестот. Повеќето ја користат проценката на тврдоста на цевката како дел од процесот на производство, но не ја користат за квантифицирање на својствата на цевката. Ова е само тест за поминување/неуспех.
Зошто треба да знаете за MYS, UTS и минималното издолжување? Тие покажуваат како цевката ќе се однесува при склопување.
MYS е минималната сила што предизвикува трајна деформација на материјалот. Ако се обидете малку да свиткате права жица (како закачалка за облека) и да го ослободите притисокот, ќе се случи едно од двете нешта: таа ќе се врати во првобитната состојба (права) или ќе остане свиткана. Ако е сè уште права, не сте ја поминале MYS. Ако е сè уште свиткана, сте ја пречекориле.
Сега, користете клешти за да ги стегнете двата краја на жицата. Ако можете да ја искинете жицата на два дела, сте го надминале нејзиниот UTS (универзален тесен жик). Ја затегнувате многу и имате две жици за да го покажете вашиот натчовечки напор. Ако оригиналната должина на жицата е 5 инчи, а двете должини по прекинот се собираат до 6 инчи, жицата е растегната за 1 инч, или 20%. Вистинскиот тест за издолжување се мери во рамките на 2 инчи од точката на прекин, но што и да е - концептот на жица за влечење го илустрира UTS.
Челичните фотомикрографски примероци треба да се сечат, полираат и гравираат со помош на благо кисел раствор (обично азотна киселина и алкохол (нитроетанол)) за да се направат видливи зрната. Зголемувањето од 100x најчесто се користи за проверка на челичните зрна и одредување на нивната големина.
Тврдината е тест за тоа како материјалот реагира на удар. Замислете да ставите кратко парче цевка во менгеме со назабени вилици и да го свртите менгемето за да го затворите. Освен што ја израмнуваат цевката, вилиците на менгемето оставаат и вдлабнатини на површината на цевката.
Така функционира тестот за тврдост, но не е толку груб. Овој тест има контролирана големина на удар и контролиран притисок. Овие сили ја деформираат површината, создавајќи вдлабнатина или вдлабнатина. Големината или длабочината на вдлабнатината ја одредува тврдоста на металот.
За оценување на челик, вообичаени тестови за тврдост се Бринел, Викерс и Роквел. Секој има своја скала, а некои имаат повеќе методи за тестирање, како што се Роквел А, Б и Ц. За челични цевки, ASTM спецификацијата A513 се повикува на тестот Роквел Б (скратено како HRB или RB). Тестот Роквел Б ја мери разликата во пенетрацијата на челикот со челична топка со дијаметар од 1⁄16 инчи помеѓу мало претходно оптоварување и примарно оптоварување од 100 kgf. Типичен резултат за стандарден мек челик е HRB ​​60.
Научниците за материјали знаат дека тврдоста е линеарно поврзана со UTS. Затоа, дадена тврдост може да ја предвиди UTS. Слично на тоа, производителите на цевки знаат дека MYS и UTS се поврзани. За заварени цевки, MYS е обично 70% до 85% од UTS. Точната количина зависи од процесот на производство на цевката. Тврдоста на HRB 60 е во корелација со UTS од 60.000 фунти на квадратен инч (PSI) и MYS од 80%, или 48.000 PSI.
Најчестата спецификација за цевки во општото производство е максималната тврдост. Покрај големината, инженерот бил загрижен и за специфицирање на заварена цевка со електричен отпор (ERW) во добар работен опсег, што би можело да резултира со максимална тврдост од евентуално HRB 60 што ќе се најде на цртежот на компонентата. Само оваа одлука води до низа конечни механички својства, вклучувајќи ја и самата тврдост.
Прво, тврдоста на HRB 60 не ни кажува многу. Очитаната вредност на HRB 60 е бездимензионален број. Материјалот оценет со HRB 59 е помек од материјалот тестиран со HRB 60, а HRB 61 е поцврст од HRB 60, но за колку? Не може да се квантифицира како волумен (мерен во децибели), вртежен момент (мерен во фунти-стапки), брзина (мерена во растојание во однос на времето) или UTS (мерено во фунти на квадратен инч). Очитаната вредност на HRB 60 не ни кажува ништо конкретно. Ова е својство на материјалот, но не е физичко својство. Второ, тестирањето на тврдоста не е погодно за повторување или репродуктивност. Евалуацијата на две локации на примерок за тестирање, дури и ако локациите за тестирање се блиску една до друга, често резултира со голема варијација во отчитувањата на тврдоста. Она што го усложнува ова прашање е природата на тестот. Откако ќе се измери позицијата, таа не може да се мери втор пат за да се потврдат резултатите. Повторливоста на тестот не е можна.
Ова не значи дека тестирањето на тврдоста е незгодно. Всушност, тоа обезбедува добар водич за UTS на материјалот и е брз и лесен тест за изведување. Сепак, секој што е вклучен во специфицирањето, купувањето и производството на цевки треба да биде свесен за неговите ограничувања како параметар за тестирање.
Бидејќи „нормалната“ цевка не е добро дефинирана, кога е потребно, производителите на цевки често ја стеснуваат на двете најчесто користени челични цевки и типови цевки дефинирани во ASTM A513: 1008 и 1010. Дури и по елиминирањето на сите други типови цевки, можностите во однос на механичките својства на овие два типа цевки се широко отворени. Всушност, овие типови цевки имаат најширок опсег на механички својства од кој било тип.
На пример, цевка е опишана како мека ако MYS е ниска, а издолжувањето е високо, што значи дека таа има подобри перформанси во затегнувањето, отклонувањето и стврднувањето отколку цевка опишана како тврда, која има релативно висока MYS и релативно ниско издолжување. Ова е слично на разликата помеѓу мека и тврда жица, како што се закачалките за облека и дупчалките.
Самото издолжување е уште еден фактор што има значително влијание врз критичните апликации на цевките. Цевките со големо издолжување можат да издржат сили на затегнување; материјалите со ниско издолжување се покршливи и затоа се посклони кон катастрофални дефекти од типот на замор. Сепак, издолжувањето не е директно поврзано со UTS, што е единственото механичко својство директно поврзано со тврдоста.
Зошто механичките својства на цевките толку многу варираат? Прво, хемискиот состав е различен. Челикот е цврст раствор од железо, јаглерод и други важни легури. За поедноставување, овде ќе се занимаваме само со процентите на јаглерод. Јаглеродните атоми ги заменуваат некои од атомите на железо, формирајќи ја кристалната структура на челикот. ASTM 1008 е сеопфатен примарен степен со содржина на јаглерод од 0% до 0,10%. Нулата е многу посебен број што произведува уникатни својства кога содржината на јаглерод во челикот е ултра ниска. ASTM 1010 специфицира содржина на јаглерод помеѓу 0,08% и 0,13%. Овие разлики не изгледаат огромни, но се доволно големи за да направат голема разлика на друго место.
Второ, челичната цевка може да се изработи или изработи, а потоа и да се обработува во седум различни производствени процеси. ASTM A513 поврзан со производството на цевки од ERW наведува седум типа:
Ако хемискиот состав на челикот и чекорите за производство на цевки немаат никакво влијание врз тврдоста на челикот, тогаш што е тоа? Одговарањето на ова прашање значи внимателно разгледување на деталите. Ова прашање покренува уште две прашања: Кои детали и колку блиску?
Деталите за зрната што го сочинуваат челикот се првиот одговор. Кога челикот се произведува во примарна челичарница, тој не се лади во огромен блок со една карактеристика. Како што челикот се лади, молекулите на челикот се организираат во повторувачки обрасци (кристали), слично на тоа како се формираат снегулките. Откако ќе се формираат кристалите, тие се агрегираат во групи наречени зрна. Како што напредува ладењето, зрната растат и се формираат низ целиот лим или плоча. Зрната престануваат да растат додека последните молекули на челик се апсорбираат од зрната. Сето ова се случува на микроскопско ниво бидејќи просечната големина на челичното зрно е широко околу 64 µ или 0,0025 инчи. Иако секое зрно е слично на следното, тие не се исти. Тие малку се разликуваат по големина, ориентација и содржина на јаглерод. Интерфејсот помеѓу зрната се нарекува граница на зрната. Кога челикот ќе се распадне, на пример поради пукнатини од замор, тој има тенденција да се распадне по границите на зрната.
Колку далеку треба да гледате за да видите забележливи зрна? Зголемување од 100 пати, или 100 пати поголемо од човечкиот вид, е доволно. Сепак, само гледањето на необработен челик со 100 пати поголема моќност не открива многу. Примерокот се подготвува со полирање на примерокот и гравирање на површината со киселина (обично азотна киселина и алкохол) наречена средство за гравирање со нитроетанол.
Зрната и нивната внатрешна решетка се тие што ја одредуваат јачината на удар, MYS, UTS и издолжувањето што челикот може да ги издржи пред дефектот.
Чекорите на производство на челик, како што се топлото и ладното валање на лента, нанесуваат стрес врз структурата на зрната; ако тие трајно ја променат формата, тоа значи дека стресот го деформира зрното. Други чекори на обработка, како што се намотување на челикот во намотки, одмотување и деформирање на челичните зрна низ цевна мелница (за да се формира и димензионира цевката). Ладното влечење на цевката на трнот, исто така, врши притисок врз материјалот, како и чекорите на производство како што се обликување на краевите и свиткување. Промените во структурата на зрната се нарекуваат дислокации.
Горенаведените чекори ја намалуваат еластичноста на челикот, што е неговата способност да издржи затегнувачки (отворање-влечење) стрес. Челикот станува кршлив, што значи дека е поголема веројатноста да се скрши ако продолжите да работите на него. Издолжувањето е една компонента на еластичноста (компресибилноста е друга). Важно е да се разбере дека дефектот најчесто се јавува за време на затегнувачки стрес, а не на компресија. Челикот е многу отпорен на затегнувачки стрес поради неговиот релативно висок капацитет на издолжување. Сепак, челикот лесно се деформира под компресивен стрес - тој е пластичен - што е предност.
Бетонот има висока компресивна цврстина, но ниска еластичност во споредба со бетонот. Овие својства се спротивни на оние на челикот. Затоа бетонот што се користи за патишта, згради и тротоари често е опремен со арматура. Резултатот е производ со јачината на два материјали: под затегнување, челикот е цврст, а под притисок, бетон.
За време на ладната обработка, како што еластичноста на челикот се намалува, неговата тврдост се зголемува. Со други зборови, тој ќе се стврдне. Во зависност од ситуацијата, ова може да биде предност; сепак, може да биде недостаток бидејќи тврдоста се изедначува со кршливост. Тоа е, како што челикот станува стврд, тој станува помалку еластичен; затоа, е поголема веројатноста да се расипе.
Со други зборови, секој чекор од процесот троши дел од еластичноста на цевката. Таа станува сè поцврста како што делот работи, а ако е премногу тврда, во основа е бескорисна. Тврдината е кршливост, а кршливата цевка веројатно ќе се расипе кога се користи.
Дали производителот има некакви опции во овој случај? Накратко, да. Таа опција е жарење, и иако не е баш магично, е најблиску до магија што може да се добие.
Едноставно кажано, жарењето ги отстранува сите ефекти од физичкиот стрес врз металот. Овој процес го загрева металот до температура на ослободување од стрес или рекристализација, со што се елиминираат дислокациите. Во зависност од специфичната температура и време што се користат во процесот на жарење, процесот на тој начин ја враќа дел или целата негова еластичност.
Жарењето и контролираното ладење го поттикнуваат растот на зрната. Ова е корисно ако целта е да се намали кршливоста на материјалот, но неконтролираниот раст на зрната може премногу да го омекне металот, правејќи го неупотреблив за наменетата употреба. Запирањето на процесот на жарење е уште една речиси магична работа. Гасењето на вистинската температура со вистинското средство за калење во вистинско време го доведува процесот до брзо запирање за да се добијат својствата за обновување на челикот.
Дали треба да ја отфрлиме спецификацијата за тврдост? Не. Карактеристиките на тврдоста се вредни првенствено како референтна точка при специфицирање на челични цевки. Тврдоста, како корисна мерка, е една од неколкуте карактеристики што треба да се специфицираат при нарачување на цевчест материјал и да се проверат по приемот (и треба да се евидентираат со секоја пратка). Кога инспекцијата на тврдоста е стандард за инспекција, таа треба да има соодветни вредности на скалата и контролни опсези.
Сепак, тоа не е вистински тест за квалификација (прифаќање или отфрлање) на материјалот. Покрај тврдоста, производителите повремено треба да ги тестираат пратките за да утврдат други релевантни својства, како што се MYS, UTS или минимално издолжување, во зависност од примената на цевката.
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“ стана првото списание посветено на индустријата за метални цевки во 1990 година. Денес, тоа останува единственото издание во Северна Америка посветено на индустријата и стана најдоверлив извор на информации за професионалците за цевки.
Сега со целосен пристап до дигиталното издание на The FABRICATOR, лесен пристап до вредни индустриски ресурси.
Дигиталното издание на The Tube & Pipe Journal сега е целосно достапно, овозможувајќи лесен пристап до вредни индустриски ресурси.
Уживајте во целосен пристап до дигиталното издание на STAMPING Journal, кое ги обезбедува најновите технолошки достигнувања, најдобри практики и индустриски вести за пазарот на метално печатење.
Уживајте во целосен пристап до дигиталното издание на „Извештајот за адитиви“ за да дознаете како адитивното производство може да се користи за подобрување на оперативната ефикасност и зголемување на профитот.
Сега со целосен пристап до дигиталното издание на The Fabricator на шпански јазик, лесен пристап до вредни индустриски ресурси.