Iba't ibang protokol sa pagsubok (Brinell, Rockwell, Vickers) ang may mga pamamaraang partikular sa proyektong sinusubok. Ang Rockwell T test ay angkop para sa pag-inspeksyon ng mga light wall tube sa pamamagitan ng pagputol ng tubo nang pahaba at pagsubok sa dingding mula sa panloob na diyametro sa halip na sa panlabas na diyametro.
Ang pag-order ng tubing ay parang pagpunta sa isang car dealership at pag-order ng kotse o trak. Sa kasalukuyan, ang maraming opsyon na magagamit ay nagbibigay-daan sa mga mamimili na i-customize ang sasakyan sa iba't ibang paraan — mga kulay ng interior at exterior, mga pakete ng interior trim, mga opsyon sa exterior styling, mga pagpipilian sa powertrain, at isang audio system na halos kapantay ng isang home entertainment system. Dahil sa lahat ng mga opsyong ito, maaaring hindi ka masisiyahan sa isang karaniwan at walang-komplikadong sasakyan.
Iyan lang ang mga tubo na bakal. Mayroon itong libu-libong opsyon o espesipikasyon. Bilang karagdagan sa mga dimensyon, inililista rin ng espesipikasyon ang mga kemikal at ilang mekanikal na katangian tulad ng minimum yield strength (MYS), ultimate tensile strength (UTS), at minimum elongation bago ang pagkabigo. Gayunpaman, marami sa industriya—mga inhinyero, ahente ng pagbili, at mga tagagawa—ang gumagamit ng tinatanggap na mga pinaikling termino sa industriya na nangangailangan ng paggamit ng "normal" na hinang na tubo at tumutukoy lamang sa isang katangian: katigasan.
Subukang umorder ng kotse ayon sa iisang katangian (“Kailangan ko ng kotse na may automatic transmission”) at hindi ka aabot sa puntong mapipilitan ka sa isang tindero. Kailangan niyang punan ang isang order form na may maraming opsyon. Ang tubo ay ganoon nga – para makuha ang tamang tubo para sa aplikasyon, ang tagagawa ng tubo ay nangangailangan ng higit pang impormasyon kaysa sa katigasan lamang.
Paano nagiging kinikilalang pamalit sa iba pang mekanikal na katangian ang katigasan? Malamang na nagsimula ito sa isang tagagawa ng tubo. Dahil mabilis, madali, at nangangailangan ng medyo murang kagamitan ang pagsubok sa katigasan, kadalasang ginagamit ng mga nagtitinda ng tubo ang pagsubok sa katigasan upang paghambingin ang dalawang tubo. Upang maisagawa ang pagsubok sa katigasan, ang kailangan lang nila ay isang makinis na haba ng tubo at isang test stand.
Ang katigasan ng tubo ay may mahusay na kaugnayan sa UTS, at bilang pangkalahatang tuntunin, ang mga porsyento o saklaw ng porsyento ay nakakatulong sa pagtantya ng MYS, kaya madaling makita kung paano maaaring maging angkop na proxy ang hardness testing para sa iba pang mga katangian.
Gayundin, ang ibang mga pagsubok ay medyo kumplikado. Bagama't ang pagsubok sa katigasan ay tumatagal lamang ng isang minuto o higit pa sa isang makina, ang MYS, UTS at pagsubok sa pagpahaba ay nangangailangan ng paghahanda ng sample at malaking pamumuhunan sa malalaking kagamitan sa laboratoryo. Bilang paghahambing, inaabot ng ilang segundo para sa isang operator ng tube mill upang magsagawa ng pagsubok sa katigasan at oras para sa isang propesyonal na technician ng metalurhiya upang magsagawa ng pagsubok sa tensile. Hindi mahirap magsagawa ng pagsusuri sa katigasan.
Hindi ito nangangahulugan na ang mga tagagawa ng mga inhinyero na tubo ay hindi gumagamit ng pagsubok sa katigasan. Ligtas na sabihin na karamihan sa mga tao ay gumagamit nito, ngunit dahil ginagawa nila ang mga pagtatasa ng repeatability at reproducibility sa lahat ng kanilang kagamitan sa pagsubok, alam na alam nila ang mga limitasyon ng pagsubok. Karamihan ay gumagamit ng pagtatasa ng katigasan ng tubo bilang bahagi ng proseso ng produksyon, ngunit hindi nila ito ginagamit upang masukat ang mga katangian ng tubo. Ito ay isang pagsubok lamang ng pagpasa/pagbagsak.
Bakit kailangan mong malaman ang tungkol sa MYS, UTS at minimum elongation? Ipinapahiwatig nito kung paano kikilos ang tubo kapag binuo.
Ang MYS ay ang pinakamababang puwersa na nagdudulot ng permanenteng deformasyon ng materyal. Kung susubukan mong ibaluktot nang bahagya ang isang tuwid na alambre (tulad ng hanger) at bitawan ang presyon, isa sa dalawang bagay ang mangyayari: babalik ito sa orihinal nitong estado (tuwid) o mananatili itong baluktot. Kung tuwid pa rin ito, hindi ka pa nakakalagpas sa MYS. Kung baluktot pa rin ito, lumampas ka na rito.
Ngayon, gumamit ng pliers para ikabit ang magkabilang dulo ng alambre. Kung mapunit mo ang alambre sa dalawang piraso, tapos na ang UTS nito. Maglalagay ka ng matinding tensyon dito at magkakaroon ka ng dalawang alambre para ipakita ang iyong superhuman na pagsisikap. Kung ang orihinal na haba ng alambre ay 5 pulgada, at ang dalawang haba pagkatapos ng pagkabigo ay umabot sa 6 na pulgada, ang alambre ay naunat ng 1 pulgada, o 20%. Ang aktwal na pagsubok sa pagpahaba ay sinusukat sa loob ng 2 pulgada mula sa punto ng pagkabigo, ngunit anuman ang mangyari – ang konsepto ng pull wire ay naglalarawan sa UTS.
Ang mga sample ng photomicrograph na bakal ay kailangang putulin, pakintabin, at ukitin gamit ang isang solusyon na may bahagyang asido (karaniwan ay nitric acid at alkohol (nitroethanol)) upang makita ang mga butil. Ang 100x magnification ay karaniwang ginagamit upang siyasatin ang mga butil ng bakal at matukoy ang laki ng butil.
Ang katigasan ay isang pagsubok kung paano tumutugon ang isang materyal sa pagtama. Isipin mong inilalagay ang isang maikling piraso ng tubo sa isang gato na may mga ngiping panga at pinihit ang gato upang isara. Bukod sa pagpapatag ng tubo, ang mga panga ng gato ay nag-iiwan din ng mga butas sa ibabaw ng tubo.
Ganoon gumagana ang hardness test, ngunit hindi ito ganoon kagaspang. Ang pagsubok na ito ay may kontroladong laki ng impact at kontroladong presyon. Ang mga puwersang ito ay nagpapabago sa hugis ng ibabaw, na lumilikha ng isang indentation o indentation. Ang laki o lalim ng indentation ang nagtatakda ng katigasan ng metal.
Para sa pagsusuri ng bakal, ang mga karaniwang pagsubok sa katigasan ay ang Brinell, Vickers, at Rockwell. Bawat isa ay may kanya-kanyang sukat, at ang ilan ay may maraming paraan ng pagsubok, tulad ng Rockwell A, B, at C. Para sa mga tubo ng bakal, ang ASTM Specification A513 ay tumutukoy sa pagsubok na Rockwell B (dinadaglat bilang HRB o RB). Sinusukat ng pagsubok na Rockwell B ang pagkakaiba sa pagtagos ng bakal sa pamamagitan ng isang 1⁄16-pulgadang diyametro na bola ng bakal sa pagitan ng isang maliit na preload at isang pangunahing karga na 100 kgf. Ang isang karaniwang resulta para sa karaniwang banayad na bakal ay HRB 60.
Alam ng mga siyentipiko ng materyales na ang katigasan ay linear na nauugnay sa UTS. Samakatuwid, ang isang partikular na katigasan ay maaaring mahulaan ang UTS. Gayundin, alam ng mga tagagawa ng tubo na ang MYS at UTS ay magkaugnay. Para sa mga hinang na tubo, ang MYS ay karaniwang 70% hanggang 85% ng UTS. Ang eksaktong dami ay depende sa proseso ng paggawa ng tubo. Ang katigasan ng HRB 60 ay may kaugnayan sa isang UTS na 60,000 pounds per square inch (PSI) at isang MYS na 80%, o 48,000 PSI.
Ang pinakakaraniwang espesipikasyon ng tubo sa pangkalahatang pagmamanupaktura ay ang pinakamataas na katigasan. Bukod sa laki, ang inhinyero ay nag-aalala sa pagtukoy ng isang welded electric resistance welded (ERW) pipe sa loob ng isang mahusay na saklaw ng pagtatrabaho, na maaaring magresulta sa isang pinakamataas na katigasan na posibleng HRB 60 na makikita sa drawing ng bahagi. Ang desisyong ito lamang ay humahantong sa isang hanay ng mga pangwakas na mekanikal na katangian, kabilang ang katigasan mismo.
Una, ang katigasan ng HRB 60 ay hindi gaanong nagsasabi sa atin. Ang pagbasa ng HRB 60 ay isang walang dimensyong numero. Ang materyal na sinuri gamit ang HRB 59 ay mas malambot kaysa sa materyal na sinubukan gamit ang HRB 60, at ang HRB 61 ay mas matigas kaysa sa HRB 60, ngunit gaano kalaki? Hindi ito maaaring masukat tulad ng volume (sinusukat sa decibel), torque (sinusukat sa pound-feet), velocity (sinusukat sa distansya relatibo sa oras), o UTS (sinusukat sa pounds bawat square inch). Ang pagbasa ng HRB 60 ay hindi nagsasabi sa atin ng anumang partikular. Ito ay isang katangian ng materyal, ngunit hindi isang pisikal na katangian. Pangalawa, ang pagsubok sa katigasan ay hindi angkop para sa repeatability o reproducibility. Ang pagsusuri ng dalawang lokasyon sa isang test specimen, kahit na ang mga lokasyon ng pagsubok ay malapit sa isa't isa, ay kadalasang nagreresulta sa isang malaking pagkakaiba-iba sa mga pagbasa ng katigasan. Ang nagpapalala sa isyung ito ay ang katangian ng pagsubok. Matapos masukat ang isang posisyon, hindi na ito maaaring masukat sa pangalawang pagkakataon upang mapatunayan ang mga resulta. Hindi posible ang repeatability ng pagsubok.
Hindi ito nangangahulugan na ang pagsubok sa katigasan ay hindi maginhawa. Sa katunayan, nagbibigay ito ng isang mahusay na gabay para sa UTS ng isang materyal, at ito ay isang mabilis at madaling pagsubok na gawin. Gayunpaman, lahat ng kasangkot sa pagtukoy, pagbili at paggawa ng mga tubo ay dapat magkaroon ng kamalayan sa mga limitasyon nito bilang isang parameter ng pagsubok.
Dahil ang "normal" na tubo ay hindi malinaw ang kahulugan, kung kinakailangan, madalas itong pinipili ng mga tagagawa sa dalawang pinakakaraniwang ginagamit na tubo na bakal at mga uri ng tubo na tinukoy sa ASTM A513: 1008 at 1010. Kahit na matapos alisin ang lahat ng iba pang uri ng tubo, ang mga posibilidad sa mga tuntunin ng mga mekanikal na katangian ng dalawang uri ng tubo na ito ay malawak pa ring nabubuksan. Sa katunayan, ang mga uri ng tubo na ito ang may pinakamalawak na hanay ng mga mekanikal na katangian sa anumang uri.
Halimbawa, ang isang tubo ay inilalarawan bilang malambot kung ang MYS ay mababa at ang elongation ay mataas, na nangangahulugang mas mahusay ang performance nito sa tensile, deflection at set kaysa sa isang tubo na inilalarawan bilang matigas, na may medyo mataas na MYS at medyo mababang elongation. Ito ay katulad ng pagkakaiba sa pagitan ng malambot at matigas na alambre, tulad ng mga coat hanger at drill.
Ang pagpahaba mismo ay isa pang salik na may malaking epekto sa mga kritikal na aplikasyon ng tubo. Ang mga tubo na may mataas na pagpahaba ay kayang tiisin ang mga puwersang tensile; ang mga materyales na may mababang pagpahaba ay mas malutong at samakatuwid ay mas madaling kapitan ng mga mapaminsalang pagkabigo na uri ng pagkapagod. Gayunpaman, ang pagpahaba ay hindi direktang nauugnay sa UTS, na siyang tanging mekanikal na katangian na direktang nauugnay sa katigasan.
Bakit lubhang nag-iiba-iba ang mga mekanikal na katangian ng mga tubo? Una, magkaiba ang kemikal na komposisyon. Ang bakal ay isang solidong solusyon ng bakal, karbon, at iba pang mahahalagang haluang metal. Para sa pagiging simple, tatalakayin lamang natin dito ang mga porsyento ng karbon. Pinapalitan ng mga atomo ng karbon ang ilan sa mga atomo ng bakal, na bumubuo sa kristal na istruktura ng bakal. Ang ASTM 1008 ay isang pangkalahatang pangunahing grado na may nilalamang karbon na 0% hanggang 0.10%. Ang zero ay isang napaka-espesyal na numero na gumagawa ng mga natatanging katangian kapag ang nilalamang karbon sa bakal ay napakababa. Tinutukoy ng ASTM 1010 ang nilalamang karbon sa pagitan ng 0.08% at 0.13%. Ang mga pagkakaibang ito ay tila hindi kalakihan, ngunit sapat na ang mga ito upang makagawa ng malaking pagkakaiba sa ibang lugar.
Pangalawa, ang tubo na bakal ay maaaring gawin o gawin at pagkatapos ay iproseso sa pitong magkakaibang proseso ng pagmamanupaktura. Ang ASTM A513 na may kaugnayan sa produksyon ng tubo na ERW ay naglilista ng pitong uri:
Kung ang kemikal na komposisyon ng bakal at ang mga hakbang sa paggawa ng tubo ay walang epekto sa katigasan ng bakal, ano ang epekto nito? Ang pagsagot sa tanong na ito ay nangangahulugan ng pagsusuri sa mga detalye. Ang tanong na ito ay nagbubunga ng dalawa pang tanong: Anong mga detalye, at gaano kalapit?
Ang mga detalye tungkol sa mga butil na bumubuo sa bakal ang unang sagot. Kapag ang bakal ay ginawa sa isang pangunahing gilingan ng bakal, hindi ito lumalamig at nagiging isang malaking bloke na may iisang katangian. Habang lumalamig ang bakal, ang mga molekula ng bakal ay nag-oorganisa sa mga paulit-ulit na pattern (mga kristal), katulad ng kung paano nabubuo ang mga snowflake. Pagkatapos mabuo ang mga kristal, nagsasama-sama ang mga ito sa mga grupo na tinatawag na mga butil. Habang umuusad ang paglamig, lumalaki at nabubuo ang mga butil sa buong sheet o plate. Humihinto ang paglaki ng mga butil habang ang mga huling molekula ng bakal ay nasisipsip ng mga butil. Nangyayari ang lahat ng ito sa mikroskopikong antas dahil ang average na laki ng butil ng bakal ay humigit-kumulang 64 µ o 0.0025 pulgada ang lapad. Bagama't ang bawat butil ay magkatulad sa isa't isa, hindi sila pareho. Bahagyang nag-iiba ang mga ito sa laki, oryentasyon, at nilalaman ng carbon. Ang interface sa pagitan ng mga butil ay tinatawag na hangganan ng butil. Kapag ang bakal ay nabigo, halimbawa dahil sa mga bitak ng pagkapagod, may posibilidad itong mabigo sa mga hangganan ng butil.
Gaano kalayo ang kailangan mong tingnan para makita ang mga nakikitang butil? Sapat na ang 100x magnification, o 100x na paningin ng tao. Gayunpaman, ang pagtingin lamang sa hindi ginamot na bakal sa 100 beses na lakas ay hindi nagpapakita ng gaanong kalakihan. Ang sample ay inihahanda sa pamamagitan ng pagpapakintab ng sample at pag-ukit sa ibabaw gamit ang isang acid (karaniwan ay nitric acid at alcohol) na tinatawag na nitroethanol etchant.
Ang mga butil at ang kanilang panloob na sala-sala ang tumutukoy sa lakas ng pagtama, MYS, UTS at pagpahaba na kayang tiisin ng isang bakal bago ito bumagsak.
Ang mga hakbang sa paggawa ng bakal, tulad ng mainit at malamig na paggulong ng strip, ay naglalapat ng stress sa istruktura ng butil; kung permanente silang magbabago ng hugis, nangangahulugan ito na ang stress ay nagpapabago sa hugis ng butil. Iba pang mga hakbang sa pagproseso, tulad ng pag-ikot ng bakal sa mga coil, pag-uncoil nito, at pagpapabago sa hugis ng mga butil ng bakal sa pamamagitan ng isang tube mill (upang mabuo at sukatin ang tubo). Ang malamig na paghila ng tubo sa mandrel ay naglalagay din ng presyon sa materyal, gayundin ang mga hakbang sa paggawa tulad ng paghubog ng dulo at pagbaluktot. Ang mga pagbabago sa istruktura ng butil ay tinatawag na mga dislocation.
Ang mga hakbang sa itaas ay nakakabawas sa ductility ng bakal, na siyang kakayahan nitong makatiis ng tensile (pull-open) stress. Ang bakal ay nagiging malutong, na nangangahulugang mas malamang na mabasag ito kung patuloy mo itong gagawin. Ang elongation ay isang bahagi ng ductility (ang compressibility ay isa pa). Mahalagang maunawaan na ang pagkasira ay kadalasang nangyayari sa panahon ng tensile stress, hindi sa compression. Ang bakal ay lubos na lumalaban sa tensile stress dahil sa medyo mataas na kapasidad ng elongation nito. Gayunpaman, ang bakal ay madaling nababago ang hugis sa ilalim ng compressive stress – ito ay ductile – na isang kalamangan.
Ang kongkreto ay may mataas na lakas ng compressive ngunit mababa ang ductility kumpara sa kongkreto. Ang mga katangiang ito ay kabaligtaran ng sa bakal. Kaya naman ang kongkretong ginagamit para sa mga kalsada, gusali, at bangketa ay kadalasang nilagyan ng rebar. Ang resulta ay isang produktong may lakas ng dalawang materyales: sa ilalim ng tension, ang bakal ay malakas, at sa ilalim ng pressure, ang kongkreto.
Sa panahon ng cold working, habang bumababa ang ductility ng bakal, tumataas ang katigasan nito. Sa madaling salita, ito ay titigas. Depende sa sitwasyon, maaaring ito ay isang benepisyo; gayunpaman, maaaring ito ay isang disbentaha dahil ang katigasan ay katumbas ng pagiging malutong. Ibig sabihin, habang tumitigas ang bakal, ito ay nagiging hindi gaanong elastiko; samakatuwid, mas malamang na ito ay mabigo.
Sa madaling salita, ang bawat hakbang ng proseso ay kumukunsumo ng ilan sa ductility ng tubo. Ito ay tumitigas habang gumagana ang bahagi, at kung ito ay masyadong matigas, ito ay halos walang silbi. Ang katigasan ay ang pagiging malutong, at ang isang malutong na tubo ay malamang na masira kapag ginamit.
May mga opsyon ba ang tagagawa sa kasong ito? Sa madaling salita, oo. Ang opsyong iyan ay ang annealing, at bagama't hindi ito lubos na mahiwaga, ito ay halos mahika hangga't maaari.
Sa madaling salita, inaalis ng annealing ang lahat ng epekto ng pisikal na stress sa metal. Pinapainit ng prosesong ito ang metal sa temperaturang nakakabawas ng stress o recrystallization, sa gayon ay inaalis ang mga dislocation. Depende sa partikular na temperatura at oras na ginamit sa proseso ng annealing, ang proseso ay nagpapanumbalik ng ilan o lahat ng ductility nito.
Ang annealing at kontroladong pagpapalamig ay nagtataguyod ng paglaki ng butil. Ito ay kapaki-pakinabang kung ang layunin ay bawasan ang pagiging malutong ng materyal, ngunit ang hindi kontroladong paglaki ng butil ay maaaring magpapalambot nang labis sa metal, na nagiging dahilan upang hindi ito magamit para sa nilalayon nitong paggamit. Ang paghinto sa proseso ng annealing ay isa pang halos mahiwagang bagay. Ang pag-quench sa tamang temperatura gamit ang tamang quenching agent sa tamang oras ay mabilis na nagpapahinto sa proseso upang makuha ang mga katangian ng pagbawi ng bakal.
Dapat ba nating alisin ang espesipikasyon ng katigasan? hindi. Ang mga katangian ng katigasan ay pangunahing mahalaga bilang isang sanggunian kapag tumutukoy sa mga tubo na bakal. Isang kapaki-pakinabang na sukatan, ang katigasan ay isa sa ilang mga katangian na dapat tukuyin kapag nag-oorder ng materyal na pantubo at suriin sa oras na matanggap (at dapat itala sa bawat kargamento). Kapag ang inspeksyon ng katigasan ang pamantayan ng inspeksyon, dapat itong magkaroon ng naaangkop na mga halaga ng iskala at mga saklaw ng kontrol.
Gayunpaman, hindi ito isang tunay na pagsubok para sa pagiging kwalipikado (pagtanggap o pagtanggi) ng materyal. Bukod sa katigasan, dapat paminsan-minsang subukan ng mga tagagawa ang mga kargamento upang matukoy ang iba pang kaugnay na katangian, tulad ng MYS, UTS, o minimum elongation, depende sa paggamit ng tubo.
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.
Ang Tube & Pipe Journal ang naging unang magasin na nakatuon sa paglilingkod sa industriya ng mga tubo na metal noong 1990. Sa kasalukuyan, ito na lamang ang publikasyon sa Hilagang Amerika na nakatuon sa industriya at naging pinaka-mapagkakatiwalaang mapagkukunan ng impormasyon para sa mga propesyonal sa tubo.
Ngayon, may ganap na access sa digital na edisyon ng The FABRICATOR, madaling access sa mahahalagang resources ng industriya.
Ang digital na edisyon ng The Tube & Pipe Journal ay ganap nang naa-access, na nagbibigay ng madaling pag-access sa mahahalagang mapagkukunan ng industriya.
Masiyahan sa ganap na access sa digital na edisyon ng STAMPING Journal, na nagbibigay ng mga pinakabagong teknolohikal na pagsulong, pinakamahusay na kasanayan, at balita sa industriya para sa merkado ng metal stamping.
Mag-enjoy ng ganap na access sa digital na edisyon ng The Additive Report upang matutunan kung paano magagamit ang additive manufacturing upang mapabuti ang kahusayan sa pagpapatakbo at mapataas ang kita.
Ngayon ay may ganap na access sa digital na edisyon ng The Fabricator en Español, madaling access sa mahahalagang mapagkukunan ng industriya.