Itifaki mbalimbali za majaribio (Brinell, Rockwell, Vickers) zina taratibu maalum kwa mradi unaojaribiwa. Jaribio la Rockwell T linafaa kwa kukagua mirija ya ukuta nyepesi kwa kukata mirija kwa urefu na kupima ukuta kutoka kwa kipenyo cha ndani badala ya kipenyo cha nje.
Kuagiza mirija ya mafuta ni kama kwenda kwa muuzaji wa magari na kuagiza gari au lori. Leo, chaguzi nyingi zinazopatikana huruhusu wanunuzi kubinafsisha gari kwa njia mbalimbali - rangi za ndani na nje, vifurushi vya mapambo ya ndani, chaguzi za mitindo ya nje, chaguo za nguvu, na mfumo wa sauti ambao karibu unashindana na mfumo wa burudani wa nyumbani. Kwa kuzingatia chaguzi hizi zote, huenda usifurahie gari la kawaida, lisilo na mvuto.
Mabomba ya chuma ni hivyo tu. Ina maelfu ya chaguzi au vipimo. Mbali na vipimo, vipimo vinaorodhesha sifa za kemikali na mitambo kadhaa kama vile nguvu ya chini ya mavuno (MYS), nguvu ya mwisho ya mvutano (UTS), na urefu wa chini kabla ya kushindwa. Hata hivyo, wengi katika tasnia—wahandisi, mawakala wa ununuzi, na watengenezaji—hutumia vifupisho vinavyokubalika vya tasnia ambavyo vinahitaji matumizi ya bomba la "kawaida" lenye svetsade na hubainisha sifa moja tu: ugumu.
Jaribu kuagiza gari kwa sifa moja ("Ninahitaji gari lenye gia otomatiki") na hutafika mbali sana na muuzaji. Lazima ajaze fomu ya kuagiza yenye chaguzi nyingi. Bomba ni hilo tu - ili kupata bomba linalofaa kwa matumizi, mtengenezaji wa bomba anahitaji taarifa zaidi kuliko ugumu tu.
Ugumu unakuwaje mbadala unaotambulika wa sifa zingine za kiufundi? Labda ulianza na mtengenezaji wa bomba. Kwa sababu upimaji wa ugumu ni wa haraka, rahisi, na unahitaji vifaa vya bei nafuu, wauzaji wa bomba mara nyingi hutumia upimaji wa ugumu kulinganisha mirija miwili. Ili kufanya jaribio la ugumu, wanachohitaji ni urefu laini wa bomba na stendi ya majaribio.
Ugumu wa mirija unahusiana vyema na UTS, na kama kanuni ya kidole gumba, asilimia au viwango vya asilimia husaidia katika kukadiria MYS, kwa hivyo ni rahisi kuona jinsi upimaji wa ugumu unavyoweza kuwa mbadala unaofaa kwa sifa zingine.
Pia, vipimo vingine ni vigumu kiasi. Ingawa upimaji wa ugumu huchukua dakika moja au zaidi kwenye mashine moja, MYS, UTS na upimaji wa urefu unahitaji maandalizi ya sampuli na uwekezaji mkubwa katika vifaa vikubwa vya maabara. Kwa kulinganisha, inachukua sekunde chache kwa mwendeshaji wa kinu cha mirija kufanya jaribio la ugumu na saa kadhaa kwa fundi mtaalamu wa metali kufanya jaribio la mvutano. Si vigumu kufanya ukaguzi wa ugumu.
Hii haimaanishi kwamba watengenezaji wa mabomba waliobuniwa hawatumii upimaji wa ugumu. Ni salama kusema kwamba watu wengi hufanya hivyo, lakini kwa sababu hufanya tathmini za kurudia na kuzaliana kwa vifaa vyao vyote vya majaribio, wanajua vyema mapungufu ya jaribio. Wengi hutumia kutathmini ugumu wa mirija kama sehemu ya mchakato wa uzalishaji, lakini hawatumii kupima sifa za mirija. Huu ni mtihani wa kufaulu/kushindwa tu.
Kwa nini unahitaji kujua kuhusu MYS, UTS na urefu mdogo wa mrija? Zinaonyesha jinsi mrija utakavyofanya kazi unapounganishwa.
MYS ni nguvu ya chini kabisa inayosababisha umbo la kudumu la nyenzo. Ukijaribu kupinda waya ulionyooka (kama vile hanger ya kanzu) kidogo na kutoa shinikizo, moja kati ya mambo mawili yatatokea: itarudi katika hali yake ya asili (moja kwa moja) au itabaki ikiwa imeinama. Ikiwa bado imenyooka, hujapita MYS. Ikiwa bado imeinama, umeizidi.
Sasa, tumia koleo kubana ncha zote mbili za waya. Ukiweza kurarua waya vipande viwili, umeizidi UTS yake. Unaweka mvutano mwingi juu yake na una nyaya mbili kuonyesha juhudi zako za kibinadamu. Ikiwa urefu wa awali wa waya ni inchi 5, na urefu mbili baada ya kushindwa unaongezeka hadi inchi 6, waya hunyooshwa kwa inchi 1, au 20%. Jaribio halisi la urefu hupimwa ndani ya inchi 2 kutoka mahali pa kushindwa, lakini chochote - dhana ya waya ya kuvuta inaonyesha UTS.
Sampuli za fotografi za chuma zinahitaji kukatwa, kung'arishwa, na kuchongwa kwa kutumia myeyusho wenye asidi kidogo (kawaida asidi ya nitriki na alkoholi (nitroethanoli)) ili kufanya chembe zionekane. Ukuzaji mara 100 hutumiwa kwa kawaida kukagua chembe za chuma na kubaini ukubwa wa chembe.
Ugumu ni jaribio la jinsi nyenzo inavyoitikia mgongano. Hebu fikiria kuweka kipande kifupi cha bomba kwenye kisu chenye taya zilizochongoka na kugeuza kisu hicho kufungwa. Mbali na kulainisha bomba, taya za kisu pia huacha mikunjo kwenye uso wa bomba.
Hivi ndivyo jaribio la ugumu linavyofanya kazi, lakini si gumu sana. Jaribio hili lina ukubwa wa mgongano unaodhibitiwa na shinikizo linalodhibitiwa. Nguvu hizi huharibu uso, na kuunda mbonyeo au mbonyeo. Ukubwa au kina cha mbonyeo huamua ugumu wa chuma.
Kwa ajili ya kutathmini chuma, vipimo vya ugumu vya kawaida ni Brinell, Vickers, na Rockwell. Kila kimoja kina kipimo chake, na baadhi kina mbinu nyingi za majaribio, kama vile Rockwell A, B, na C. Kwa mabomba ya chuma, ASTM Specification A513 hurejelea jaribio la Rockwell B (lililofupishwa kama HRB au RB). Jaribio la Rockwell B hupima tofauti katika kupenya kwa chuma kwa mpira wa chuma wenye kipenyo cha inchi 1⁄16 kati ya mzigo mdogo wa awali na mzigo mkuu wa kilo 100. Matokeo ya kawaida kwa chuma laini cha kawaida ni HRB 60.
Wanasayansi wa vifaa wanajua kwamba ugumu unahusiana kimstari na UTS. Kwa hivyo, ugumu fulani unaweza kutabiri UTS. Vivyo hivyo, watengenezaji wa mirija wanajua kwamba MYS na UTS zinahusiana. Kwa bomba lililounganishwa, MYS kwa kawaida ni 70% hadi 85% ya UTS. Kiasi halisi hutegemea mchakato wa kutengeneza mirija. Ugumu wa HRB 60 unahusiana na UTS ya pauni 60,000 kwa inchi ya mraba (PSI) na MYS ya 80%, au 48,000 PSI.
Vipimo vya kawaida vya bomba katika utengenezaji wa jumla ni ugumu wa juu zaidi. Mbali na ukubwa, mhandisi alikuwa na wasiwasi wa kubainisha bomba la upinzani wa umeme lililounganishwa (ERW) ndani ya kiwango kizuri cha kufanya kazi, ambacho kinaweza kusababisha ugumu wa juu zaidi wa uwezekano wa HRB 60 kupata njia yake kwenye mchoro wa sehemu. Uamuzi huu pekee unasababisha aina mbalimbali za sifa za mwisho za kiufundi, ikiwa ni pamoja na ugumu wenyewe.
Kwanza, ugumu wa HRB 60 hautuelezi mengi. Usomaji wa HRB 60 ni nambari isiyo na kipimo. Nyenzo iliyopimwa na HRB 59 ni laini kuliko nyenzo iliyojaribiwa na HRB 60, na HRB 61 ni ngumu kuliko HRB 60, lakini kwa kiasi gani? Haiwezi kupimwa kama ujazo (uliopimwa kwa desibeli), torque (iliyopimwa kwa pauni-futi), kasi (iliyopimwa kwa umbali ukilinganisha na wakati), au UTS (iliyopimwa kwa pauni kwa inchi ya mraba). Kusoma HRB 60 hakutuelezi chochote maalum. Hii ni sifa ya nyenzo, lakini si sifa halisi. Pili, upimaji wa ugumu haufai kwa kurudiwa au kurudiwa. Kutathmini maeneo mawili kwenye sampuli ya jaribio, hata kama maeneo ya jaribio yamekaribiana, mara nyingi husababisha tofauti kubwa katika usomaji wa ugumu. Kuchanganya suala hili ni aina ya jaribio. Baada ya nafasi kupimwa, haiwezi kupimwa mara ya pili ili kuthibitisha matokeo. Urudiaji wa jaribio hauwezekani.
Hii haimaanishi kwamba upimaji wa ugumu ni mgumu. Kwa kweli, hutoa mwongozo mzuri wa UTS ya nyenzo, na ni jaribio la haraka na rahisi kufanya. Hata hivyo, kila mtu anayehusika katika kubainisha, kununua na kutengeneza mirija anapaswa kufahamu mapungufu yake kama kigezo cha majaribio.
Kwa sababu bomba "la kawaida" halijabainishwa vizuri, inapohitajika, watengenezaji wa mabomba mara nyingi hulipunguza hadi aina mbili za bomba la chuma na bomba zinazotumika sana zilizoainishwa katika ASTM A513: 1008 na 1010. Hata baada ya kuondoa aina zingine zote za bomba, uwezekano katika suala la sifa za mitambo ya aina hizi mbili za bomba uko wazi. Kwa kweli, aina hizi za bomba zina aina mbalimbali za sifa za mitambo za aina yoyote.
Kwa mfano, bomba huelezewa kuwa laini ikiwa MYS ni ndogo na urefu wake ni mkubwa, kumaanisha kwamba hufanya kazi vizuri zaidi katika mvutano, mgeuko na uwekaji kuliko bomba linaloelezewa kuwa gumu, ambalo lina MYS ya juu kiasi na urefu wake ni mdogo kiasi. Hii ni sawa na tofauti kati ya waya laini na ngumu, kama vile vishikio vya kanzu na visima.
Kurefusha yenyewe ni jambo lingine ambalo lina athari kubwa kwa matumizi muhimu ya bomba. Mirija yenye urefu wa juu inaweza kuhimili nguvu za mvutano; vifaa vyenye urefu mdogo ni dhaifu zaidi na kwa hivyo vinaweza kuharibika kwa aina ya uchovu. Hata hivyo, urefu hauhusiani moja kwa moja na UTS, ambayo ndiyo sifa pekee ya kiufundi inayohusiana moja kwa moja na ugumu.
Kwa nini sifa za mitambo za mirija hutofautiana sana? Kwanza, muundo wa kemikali ni tofauti. Chuma ni suluhisho thabiti la chuma na kaboni na aloi zingine muhimu. Kwa urahisi, tutashughulikia asilimia za kaboni hapa pekee. Atomi za kaboni huchukua nafasi ya baadhi ya atomi za chuma, na kutengeneza muundo wa fuwele wa chuma. ASTM 1008 ni daraja la msingi linalojumuisha yote lenye kiwango cha kaboni cha 0% hadi 0.10%. Sifuri ni nambari maalum sana ambayo hutoa sifa za kipekee wakati kiwango cha kaboni katika chuma ni cha chini sana. ASTM 1010 inabainisha kiwango cha kaboni kati ya 0.08% na 0.13%. Tofauti hizi hazionekani kuwa kubwa, lakini ni kubwa vya kutosha kuleta tofauti kubwa kwingineko.
Pili, bomba la chuma linaweza kutengenezwa au kutengenezwa na baadaye kusindika katika michakato saba tofauti ya utengenezaji. ASTM A513 inayohusiana na uzalishaji wa bomba la ERW inaorodhesha aina saba:
Ikiwa muundo wa kemikali wa hatua za utengenezaji wa chuma na bomba hauna athari kwenye ugumu wa chuma, ni nini? Kujibu swali hili kunamaanisha kuchunguza maelezo. Swali hili linauliza maswali mawili zaidi: Maelezo gani, na yanakaribiana vipi?
Maelezo kuhusu chembe zinazounda chuma ndiyo jibu la kwanza. Chuma kinapotengenezwa kwenye kinu cha msingi cha chuma, hakipoi na kuwa kizuizi kikubwa chenye kipengele kimoja. Chuma kinapopoa, molekuli za chuma hujipanga katika mifumo inayojirudia (fuwele), sawa na jinsi theluji zinavyoundwa. Baada ya fuwele kuumbwa, hukusanyika katika vikundi vinavyoitwa chembe. Upooza unapoendelea, chembe hukua na kuunda kwenye karatasi au bamba. Chembe huacha kukua huku molekuli za mwisho za chuma zikifyonzwa na chembe. Yote haya hutokea kwa kiwango cha hadubini kwa sababu chembe ya wastani ya chuma ni kama µ 64 au upana wa inchi 0.0025. Ingawa kila chembe inafanana na inayofuata, si sawa. Zinatofautiana kidogo kwa ukubwa, mwelekeo na kiwango cha kaboni. Muunganisho kati ya chembe huitwa mpaka wa chembe. Chuma kinaposhindwa, kwa mfano kutokana na nyufa za uchovu, huwa hushindwa kwenye mipaka ya chembe.
Unahitaji kuangalia umbali gani ili kuona chembe zinazoonekana? Ukuzaji mara 100, au maono ya mwanadamu mara 100, yanatosha. Hata hivyo, kuangalia tu chuma kisichotibiwa mara 100 nguvu haionyeshi mengi. Sampuli huandaliwa kwa kung'arisha sampuli na kuchora uso kwa asidi (kawaida asidi ya nitriki na pombe) inayoitwa nitroethanol etchant.
Ni chembe na kimiani chao cha ndani kinachoamua nguvu ya mgongano, MYS, UTS na urefu ambao chuma kinaweza kustahimili kabla ya hitilafu.
Hatua za kutengeneza chuma, kama vile kuviringisha kwa moto na baridi kwa kamba, huweka mkazo kwenye muundo wa nafaka; ikiwa zitabadilisha umbo kabisa, hii ina maana kwamba mkazo huo huharibu nafaka. Hatua zingine za usindikaji, kama vile kuviringisha chuma kuwa koili, kuifungua, na kugeuza chembe za chuma kupitia kinu cha mirija (ili kuunda na ukubwa wa mirija). Kuvuta bomba kwa baridi kwenye mandrel pia huweka shinikizo kwenye nyenzo, kama vile hatua za utengenezaji kama vile kutengeneza na kupinda mwisho. Mabadiliko katika muundo wa nafaka huitwa kuhama.
Hatua zilizo hapo juu hupunguza unyumbufu wa chuma, ambayo ni uwezo wake wa kuhimili mkazo wa mvutano (kuvuta-kufungua). Chuma huwa tete, kumaanisha kuwa kuna uwezekano mkubwa wa kuvunjika ukiendelea kuifanyia kazi. Unyumbufu ni sehemu moja ya unyumbufu (unyumbufu ni mwingine). Ni muhimu kuelewa kwamba kushindwa mara nyingi hutokea wakati wa mkazo wa mvutano, si mgandamizo. Chuma ni sugu sana kwa mkazo wa mvutano kwa sababu ya uwezo wake wa juu wa kunyumbufu. Hata hivyo, chuma huharibika kwa urahisi chini ya mkazo wa mvutano - ni ductile - ambayo ni faida.
Zege ina nguvu ya juu ya kubana lakini unyumbufu mdogo ikilinganishwa na zege. Sifa hizi ni kinyume na zile za chuma. Ndiyo maana zege inayotumika kwa barabara, majengo na njia za watembea kwa miguu mara nyingi huwekwa vizuizi. Matokeo yake ni bidhaa yenye nguvu za vifaa viwili: chini ya mvutano, chuma ni imara, na chini ya shinikizo, saruji.
Wakati wa kufanya kazi kwa baridi, kadri unyumbufu wa chuma unavyopungua, ugumu wake huongezeka. Kwa maneno mengine, itaganda. Kulingana na hali hiyo, hii inaweza kuwa faida; hata hivyo, inaweza kuwa hasara kwani ugumu unalinganishwa na udhaifu. Yaani, kadri chuma kinavyozidi kuwa kigumu, inakuwa dhaifu; kwa hivyo, kuna uwezekano mkubwa wa kushindwa.
Kwa maneno mengine, kila hatua ya mchakato hutumia baadhi ya udukivu wa bomba. Inazidi kuwa ngumu kadri sehemu inavyofanya kazi, na ikiwa ni ngumu sana kimsingi haina maana. Ugumu ni udhaifu, na bomba linalovunjika linaweza kushindwa linapotumika.
Je, mtengenezaji ana chaguo zozote katika kesi hii? Kwa kifupi, ndiyo. Chaguo hilo linaongeza nguvu, na ingawa si la kichawi kabisa, liko karibu na uchawi uwezavyo.
Kwa maneno ya kawaida, kufyonza chuma huondoa athari zote za msongo wa mawazo kwenye chuma. Mchakato huu huipasha chuma joto hadi kiwango cha kupunguza msongo wa mawazo au joto la kufyonza chuma, na hivyo kuondoa kukatika kwa chuma. Kulingana na halijoto maalum na muda unaotumika katika mchakato wa kufyonza chuma, mchakato huo hurejesha baadhi au udumavu wake wote.
Kuziba na kupoeza kwa udhibiti huchochea ukuaji wa nafaka. Hii ni muhimu ikiwa lengo ni kupunguza ubovu wa nyenzo, lakini ukuaji wa nafaka usiodhibitiwa unaweza kulainisha chuma kupita kiasi, na kuifanya isiweze kutumika kwa matumizi yake yaliyokusudiwa. Kusimamisha mchakato wa kuziba ni jambo lingine la kichawi. Kuzima kwenye halijoto inayofaa kwa kutumia kikali kinachofaa cha kuziba kwa wakati unaofaa husimamisha mchakato haraka ili kupata sifa za urejeshaji wa chuma.
Je, tunapaswa kuacha vipimo vya ugumu? hapana. Sifa za ugumu zina thamani hasa kama sehemu ya marejeleo wakati wa kubainisha mabomba ya chuma. Kipimo muhimu, ugumu ni mojawapo ya sifa kadhaa ambazo zinapaswa kubainishwa wakati wa kuagiza nyenzo za mirija na kukaguliwa baada ya kupokelewa (na zinapaswa kurekodiwa na kila usafirishaji). Wakati ukaguzi wa ugumu ndio kiwango cha ukaguzi, unapaswa kuwa na thamani zinazofaa za vipimo na safu za udhibiti.
Hata hivyo, si kipimo halisi cha nyenzo zinazostahiki (kukubali au kukataa). Mbali na ugumu, watengenezaji wanapaswa kupima usafirishaji mara kwa mara ili kubaini sifa zingine husika, kama vile MYS, UTS, au urefu mdogo zaidi, kulingana na matumizi ya bomba.
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.
Jarida la Tube & Pipe likawa jarida la kwanza lililojitolea kuhudumia tasnia ya mabomba ya chuma mnamo 1990. Leo, linabaki kuwa chapisho pekee Amerika Kaskazini lililojitolea kwa tasnia hiyo na limekuwa chanzo kinachoaminika zaidi cha habari kwa wataalamu wa mabomba.
Sasa kwa ufikiaji kamili wa toleo la kidijitali la The FABRICATOR, ufikiaji rahisi wa rasilimali muhimu za tasnia.
Toleo la kidijitali la The Tube & Pipe Journal sasa linapatikana kikamilifu, na kutoa ufikiaji rahisi wa rasilimali muhimu za tasnia.
Furahia ufikiaji kamili wa toleo la kidijitali la STAMPING Journal, ambalo hutoa maendeleo ya kiteknolojia ya hivi karibuni, mbinu bora na habari za tasnia kwa soko la upigaji chapa wa chuma.
Furahia ufikiaji kamili wa toleo la kidijitali la Ripoti ya Nyongeza ili ujifunze jinsi utengenezaji wa nyongeza unavyoweza kutumika kuboresha ufanisi wa uendeshaji na kuongeza faida.
Sasa ukiwa na ufikiaji kamili wa toleo la kidijitali la The Fabricator en Español, ufikiaji rahisi wa rasilimali muhimu za tasnia.