Çeşitli test protokollerinin (Brinell, Rockwell, Vickers) test edilen projeye özgü prosedürleri vardır. Rockwell T testi, ince duvarlı tüplerin incelenmesi için uygundur; bu testte tüp uzunlamasına kesilir ve duvar, dış çap yerine iç çaptan test edilir.
Bir araç sipariş etmek, bir otomobil bayisine gidip araba veya kamyon sipariş etmeye biraz benziyor. Günümüzde, mevcut birçok seçenek, alıcıların aracı çeşitli şekillerde özelleştirmesine olanak tanıyor: iç ve dış renkler, iç döşeme paketleri, dış tasarım seçenekleri, güç aktarma sistemi seçenekleri ve neredeyse bir ev eğlence sistemine rakip bir ses sistemi. Tüm bu seçenekler göz önüne alındığında, standart, gösterişsiz bir araçtan memnun kalmayabilirsiniz.
Çelik borular tam olarak budur. Binlerce seçeneği veya spesifikasyonu vardır. Spesifikasyonda boyutlara ek olarak, minimum akma dayanımı (MYS), nihai çekme dayanımı (UTS) ve kırılmadan önceki minimum uzama gibi kimyasal ve çeşitli mekanik özellikler listelenir. Bununla birlikte, sektördeki birçok kişi -mühendisler, satın alma temsilcileri ve üreticiler- "normal" kaynaklı boru kullanımını gerektiren ve yalnızca tek bir özelliği, yani sertliği belirten kabul görmüş endüstri kısaltmalarını kullanır.
Tek bir özelliğe göre ("Otomatik şanzımanlı bir araba istiyorum") araba sipariş etmeye çalışırsanız, bir satış elemanıyla pek ilerleme kaydedemezsiniz. Birçok seçeneğin bulunduğu bir sipariş formunu doldurması gerekir. Boru da aynı şekilde; uygulama için doğru boruyu elde etmek için boru üreticisinin sadece sertlikten daha fazla bilgiye ihtiyacı vardır.
Sertlik, diğer mekanik özelliklerin yerine geçebilecek kabul görmüş bir özellik haline nasıl geldi? Muhtemelen bir boru üreticisiyle başladı. Sertlik testi hızlı, kolay ve nispeten ucuz ekipman gerektirdiği için, boru satıcıları genellikle iki boruyu karşılaştırmak için sertlik testini kullanırlar. Sertlik testi yapmak için ihtiyaç duydukları tek şey, düz bir boru parçası ve bir test standıdır.
Boru sertliği, çekme dayanımı (UTS) ile iyi bir korelasyon gösterir ve genel bir kural olarak, yüzdeler veya yüzde aralıkları akma dayanımını (MYS) tahmin etmede yardımcı olur; bu nedenle sertlik testinin diğer özellikler için uygun bir gösterge olabileceğini görmek kolaydır.
Ayrıca, diğer testler nispeten karmaşıktır. Sertlik testi tek bir makinede sadece bir dakika kadar sürerken, MYS, UTS ve uzama testleri numune hazırlığı ve büyük laboratuvar ekipmanına önemli yatırım gerektirir. Karşılaştırma olarak, bir boru imalathanesi operatörünün sertlik testi yapması saniyeler sürerken, profesyonel bir metalurji teknisyeninin çekme testi yapması saatler sürer. Sertlik kontrolü yapmak zor değildir.
Bu, mühendislik ürünü boru üreticilerinin sertlik testi kullanmadığı anlamına gelmez. Çoğu üreticinin kullandığı söylenebilir, ancak tüm test ekipmanlarında ölçüm tekrarlanabilirliği ve yeniden üretilebilirlik değerlendirmeleri yaptıkları için testin sınırlamalarının farkındadırlar. Çoğu üretici boru sertliğini üretim sürecinin bir parçası olarak değerlendirir, ancak boru özelliklerini nicelleştirmek için kullanmaz. Bu sadece geçme/kalma testidir.
MYS, UTS ve minimum uzama hakkında neden bilgi sahibi olmanız gerekiyor? Bunlar, borunun montaj sırasında nasıl davranacağını gösterir.
MYS, malzemenin kalıcı deformasyonuna neden olan minimum kuvvettir. Düz bir teli (örneğin bir elbise askısını) hafifçe bükmeye çalışıp baskıyı bırakırsanız, iki şeyden biri olur: ya orijinal haline (düz) geri döner ya da bükülmüş halde kalır. Eğer hala düz ise, MYS'yi aşmamışsınız demektir. Eğer hala bükülmüşse, MYS'yi aşmışsınız demektir.
Şimdi, telin her iki ucunu da penseyle sıkıştırın. Teli iki parçaya ayırabiliyorsanız, çekme dayanımının (UTS) üzerindesiniz demektir. Üzerine çok fazla gerilim uyguladınız ve insanüstü çabanızı gösteren iki teliniz oldu. Telin orijinal uzunluğu 5 inç ise ve kopma sonrası iki uzunluğun toplamı 6 inç ise, tel 1 inç veya %20 uzamıştır. Gerçek uzama testi, kopma noktasının 2 inç yakınında ölçülür, ancak neyse ki, tel çekme yöntemi çekme dayanımını (UTS) göstermektedir.
Çelik numunelerinin, tanelerin görünür hale gelmesi için kesilmesi, parlatılması ve hafif asidik bir çözelti (genellikle nitrik asit ve alkol (nitroetanol)) kullanılarak dağlanması gerekir. Çelik tanelerini incelemek ve tane boyutunu belirlemek için genellikle 100x büyütme kullanılır.
Sertlik, bir malzemenin darbeye nasıl tepki verdiğinin bir testidir. Kısa bir boru parçasını tırtıklı çeneli bir mengeneye koyup mengeneyi kapatmak için çevirdiğinizi hayal edin. Mengenenin çeneleri boruyu düzleştirmenin yanı sıra, borunun yüzeyinde de girintiler bırakır.
Sertlik testi işte böyle çalışır, ancak o kadar da kaba değildir. Bu testte kontrollü bir darbe büyüklüğü ve kontrollü bir basınç kullanılır. Bu kuvvetler yüzeyi deforme ederek bir girinti veya çukur oluşturur. Girintinin büyüklüğü veya derinliği metalin sertliğini belirler.
Çeliğin sertliğini değerlendirmek için yaygın olarak kullanılan sertlik testleri Brinell, Vickers ve Rockwell testleridir. Her birinin kendi ölçeği vardır ve bazılarının Rockwell A, B ve C gibi birden fazla test yöntemi bulunur. Çelik borular için ASTM A513 spesifikasyonu Rockwell B testine (kısaltılmış haliyle HRB veya RB) atıfta bulunur. Rockwell B testi, 1/16 inç çapındaki çelik bilyenin çeliğe nüfuz etme miktarındaki farkı, küçük bir ön yükleme ile 100 kgf'lik birincil yükleme arasında ölçer. Standart yumuşak çelik için tipik bir sonuç HRB 60'tır.
Malzeme bilimcileri, sertliğin çekme dayanımı (UTS) ile doğrusal olarak ilişkili olduğunu bilirler. Bu nedenle, belirli bir sertlik UTS'yi tahmin edebilir. Benzer şekilde, boru üreticileri de akma dayanımı (MYS) ve UTS'nin ilişkili olduğunu bilirler. Kaynaklı borular için MYS, tipik olarak UTS'nin %70 ila %85'i arasındadır. Tam miktar, borunun üretim sürecine bağlıdır. HRB 60'ın sertliği, 60.000 pound/inç kare (PSI) UTS ve %80 veya 48.000 PSI MYS ile ilişkilidir.
Genel imalatta en yaygın boru spesifikasyonu maksimum sertliktir. Mühendis, boyutun yanı sıra, iyi bir çalışma aralığında kaynaklı elektrik direnç kaynaklı (ERW) bir boru belirtmeyi de önemsemiştir; bu da bileşen çiziminde muhtemelen HRB 60'lık maksimum bir sertliğin yer almasına yol açabilir. Bu karar tek başına, sertlik de dahil olmak üzere, bir dizi nihai mekanik özelliğe yol açar.
İlk olarak, HRB 60 sertliği bize pek bir şey söylemiyor. HRB 60 değeri boyutsuz bir sayıdır. HRB 59 ile değerlendirilen malzeme, HRB 60 ile test edilen malzemeden daha yumuşaktır ve HRB 61, HRB 60'tan daha serttir, ancak ne kadar? Hacim (desibel cinsinden ölçülür), tork (pound-feet cinsinden ölçülür), hız (zamana göre mesafe cinsinden ölçülür) veya UTS (inç kare başına pound cinsinden ölçülür) gibi nicel olarak ifade edilemez. HRB 60 değeri bize spesifik bir şey söylemez. Bu, malzemenin bir özelliğidir, ancak fiziksel bir özellik değildir. İkinci olarak, sertlik testi tekrarlanabilirlik veya yeniden üretilebilirlik için uygun değildir. Test numunesi üzerindeki iki konumun, test konumları birbirine yakın olsa bile, değerlendirilmesi genellikle sertlik değerlerinde büyük bir varyasyona neden olur. Bu sorunu daha da karmaşık hale getiren şey, testin doğasıdır. Bir konum ölçüldükten sonra, doğruluğunu teyit etmek için ikinci kez ölçülemez. Sonuçlar. Testin tekrarlanabilirliği mümkün değildir.
Bu, sertlik testinin sakıncalı olduğu anlamına gelmez. Aksine, bir malzemenin nihai çekme dayanımı (UTS) için iyi bir kılavuz sağlar ve hızlı ve kolay bir testtir. Bununla birlikte, boruların özelliklerini belirleme, satın alma ve üretme süreçlerinde yer alan herkes, bu test parametresinin sınırlamalarının farkında olmalıdır.
“Normal” boru iyi tanımlanmadığı için, ihtiyaç duyulduğunda boru üreticileri genellikle ASTM A513'te tanımlanan en yaygın kullanılan iki çelik boru ve boru tipine (1008 ve 1010) odaklanırlar. Diğer tüm boru tipleri elendikten sonra bile, bu iki boru tipinin mekanik özellikleri açısından olasılıklar oldukça geniştir. Aslında, bu boru tipleri, herhangi bir tipin en geniş mekanik özellik yelpazesine sahiptir.
Örneğin, MYS değeri düşük ve uzama değeri yüksek olan bir boru yumuşak olarak tanımlanır; bu da, nispeten yüksek MYS değerine ve nispeten düşük uzama değerine sahip sert olarak tanımlanan bir boruya göre çekme, sapma ve kalıcı deformasyon açısından daha iyi performans gösterdiği anlamına gelir. Bu, elbise askıları ve matkap uçları gibi yumuşak ve sert teller arasındaki farka benzer.
Uzama, kritik boru uygulamaları üzerinde önemli bir etkiye sahip olan bir diğer faktördür. Yüksek uzamaya sahip borular çekme kuvvetlerine dayanabilir; düşük uzamaya sahip malzemeler daha kırılgandır ve bu nedenle felaket niteliğinde yorulma tipi arızalara daha yatkındır. Bununla birlikte, uzama, sertlikle doğrudan ilişkili olan tek mekanik özellik olan nihai çekme dayanımı (UTS) ile doğrudan ilişkili değildir.
Boruların mekanik özellikleri neden bu kadar farklılık gösteriyor? İlk olarak, kimyasal bileşimleri farklı. Çelik, demir, karbon ve diğer önemli alaşımların katı bir çözeltisidir. Basitlik açısından, burada sadece karbon yüzdeleriyle ilgileneceğiz. Karbon atomları, çeliğin kristal yapısını oluşturarak demir atomlarının bir kısmının yerini alır. ASTM 1008, %0 ila %0,10 karbon içeriğine sahip, her şeyi kapsayan birincil bir kalite standardıdır. Sıfır, çelikteki karbon içeriği ultra düşük olduğunda benzersiz özellikler üreten çok özel bir sayıdır. ASTM 1010, %0,08 ile %0,13 arasında bir karbon içeriği belirtir. Bu farklılıklar çok büyük görünmeyebilir, ancak başka yerlerde büyük bir fark yaratacak kadar büyüktür.
İkinci olarak, çelik boru yedi farklı üretim sürecinde imal edilebilir veya imal edildikten sonra işlenebilir. ERW boru üretimiyle ilgili ASTM A513 standardı yedi türü listeler:
Çeliğin kimyasal bileşimi ve boru üretim aşamalarının çeliğin sertliği üzerinde hiçbir etkisi yoksa, peki etkisi nedir? Bu soruyu cevaplamak, ayrıntıları incelemeyi gerektirir. Bu soru iki soruyu daha beraberinde getiriyor: Hangi ayrıntılar ve ne kadar yakın?
Çeliği oluşturan tanecikler hakkındaki detaylar ilk cevaptır. Çelik, birincil çelik fabrikasında üretildiğinde, tek bir özelliğe sahip büyük bir blok halinde soğumaz. Çelik soğudukça, çeliğin molekülleri, kar tanelerinin oluşumuna benzer şekilde, tekrarlayan desenler (kristaller) halinde organize olur. Kristaller oluştuktan sonra, tanecik adı verilen gruplar halinde bir araya gelirler. Soğuma ilerledikçe, tanecikler büyür ve levha veya plaka boyunca oluşur. Son çelik molekülleri tanecikler tarafından emildikçe taneciklerin büyümesi durur. Tüm bunlar mikroskobik düzeyde gerçekleşir çünkü ortalama çelik taneciğinin boyutu yaklaşık 64 µm veya 0,0025 inç genişliğindedir. Her tanecik bir sonrakine benzer olsa da, aynı değildirler. Boyut, yönelim ve karbon içeriği bakımından biraz farklılık gösterirler. Tanecikler arasındaki arayüze tanecik sınırı denir. Çelik, örneğin yorulma çatlakları nedeniyle kırıldığında, tanecik sınırları boyunca kırılma eğilimindedir.
Gözle görülür tanecikleri görmek için ne kadar uzağa bakmanız gerekiyor? 100x büyütme veya insan görüşünün 100 katı yeterlidir. Ancak, işlenmemiş çeliğe 100 kat büyütme ile bakmak pek bir şey ortaya koymaz. Numune, numunenin parlatılması ve yüzeyin nitroetanol aşındırıcı adı verilen bir asit (genellikle nitrik asit ve alkol) ile aşındırılmasıyla hazırlanır.
Çeliğin darbe dayanımı, akma dayanımı (MYS), çekme dayanımı (UTS) ve uzama değerlerini belirleyen şey, çeliğin içindeki taneler ve bunların iç kafes yapısıdır.
Çelik üretiminde şeritlerin sıcak ve soğuk haddelenmesi gibi aşamalar, tane yapısına gerilim uygular; eğer taneler kalıcı olarak şekil değiştirirse, bu gerilimin taneyi deforme ettiği anlamına gelir. Çeliğin bobinlere sarılması, açılması ve çelik tanelerinin bir boru haddehanesinden geçirilerek deforme edilmesi (boruyu şekillendirmek ve boyutlandırmak için) gibi diğer işleme aşamaları da malzemeye basınç uygular. Borunun mandrel üzerinde soğuk çekilmesi de malzemeye basınç uygular, aynı şekilde uç şekillendirme ve bükme gibi üretim aşamaları da. Tane yapısındaki değişikliklere dislokasyon denir.
Yukarıdaki adımlar, çeliğin çekme (açılma) gerilimine dayanma yeteneği olan sünekliğini azaltır. Çelik kırılgan hale gelir, yani üzerinde çalışmaya devam ederseniz kırılma olasılığı daha yüksektir. Uzama, sünekliğin bir bileşenidir (sıkıştırılabilirlik bir diğeridir). Başarısızlığın çoğunlukla çekme gerilimi sırasında meydana geldiğini, sıkıştırma sırasında değil, anlamak önemlidir. Çelik, nispeten yüksek uzama kapasitesi nedeniyle çekme gerilimine karşı çok dirençlidir. Bununla birlikte, çelik sıkıştırma gerilimi altında kolayca deforme olur - sünektir - bu da bir avantajdır.
Beton, çelikle karşılaştırıldığında yüksek basınç dayanımına ancak düşük sünekliğe sahiptir. Bu özellikler çeliğin özelliklerinin tam tersidir. Bu nedenle yol, bina ve kaldırım yapımında kullanılan betona genellikle demir donatı eklenir. Sonuç olarak, iki malzemenin dayanıklılığına sahip bir ürün elde edilir: gerilme altında çelik güçlüdür, basınç altında ise beton.
Soğuk işleme sırasında, çeliğin sünekliği azaldıkça sertliği artar. Başka bir deyişle, sertleşir. Duruma bağlı olarak bu bir avantaj olabilir; ancak sertlik kırılganlıkla eşdeğer olduğundan dezavantaj da olabilir. Yani, çelik sertleştikçe daha az elastik hale gelir; bu nedenle kırılma olasılığı daha yüksektir.
Başka bir deyişle, her işlem adımı borunun esnekliğinin bir kısmını tüketir. Parça çalıştıkça sertleşir ve çok sert olursa temelde işe yaramaz hale gelir. Sertlik kırılganlık demektir ve kırılgan bir boru kullanıldığında arızalanma olasılığı yüksektir.
Üreticinin bu durumda herhangi bir seçeneği var mı? Kısaca evet. Bu seçenek tavlama işlemidir ve tam anlamıyla sihirli olmasa da, sihire en yakın yöntemdir.
Basitçe anlatmak gerekirse, tavlama metal üzerindeki tüm fiziksel gerilme etkilerini ortadan kaldırır. Bu işlem, metali gerilme giderme veya yeniden kristalleşme sıcaklığına kadar ısıtarak dislokasyonları ortadan kaldırır. Tavlama işleminde kullanılan belirli sıcaklık ve süreye bağlı olarak, işlem metalin sünekliğinin bir kısmını veya tamamını geri kazandırır.
Tavlama ve kontrollü soğutma, tane büyümesini teşvik eder. Bu, malzemenin kırılganlığını azaltmak amaçlanıyorsa faydalıdır, ancak kontrolsüz tane büyümesi metali çok fazla yumuşatarak, amaçlanan kullanım için kullanılamaz hale getirebilir. Tavlama işlemini durdurmak da neredeyse sihirli bir şeydir. Doğru sıcaklıkta, doğru soğutma maddesiyle ve doğru zamanda yapılan su verme işlemi, çeliğin eski haline dönme özelliklerini elde etmek için süreci hızlı bir şekilde durdurur.
Sertlik spesifikasyonundan vazgeçmeli miyiz? Hayır. Sertlik özellikleri, öncelikle çelik boruların spesifikasyonunda referans noktası olarak değerlidir. Faydalı bir ölçü olan sertlik, boru malzemesi sipariş edilirken belirtilmesi ve teslimat sırasında kontrol edilmesi gereken (ve her sevkiyatla birlikte kaydedilmesi gereken) birkaç özellikten biridir. Sertlik muayenesi denetim standardı olduğunda, uygun ölçek değerlerine ve kontrol aralıklarına sahip olmalıdır.
Ancak bu, malzemenin nitelendirilmesi (kabul edilmesi veya reddedilmesi) için gerçek bir test değildir. Üreticiler, sertliğe ek olarak, borunun kullanım alanına bağlı olarak, MYS, UTS veya minimum uzama gibi diğer ilgili özellikleri belirlemek için sevkiyatları zaman zaman test etmelidir.
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 yılında metal boru sektörüne hizmet etmeye adanmış ilk dergi oldu. Bugün, Kuzey Amerika'da sektöre adanmış tek yayın olmaya devam ediyor ve boru profesyonelleri için en güvenilir bilgi kaynağı haline geldi.
Artık The FABRICATOR'ın dijital baskısına tam erişimle, değerli sektör kaynaklarına kolayca ulaşabilirsiniz.
Tube & Pipe Journal'ın dijital baskısına artık tamamen erişilebilir ve değerli sektör kaynaklarına kolay erişim sağlanmaktadır.
Metal damgalama pazarı için en son teknolojik gelişmeleri, en iyi uygulamaları ve sektör haberlerini sunan STAMPING Journal'ın dijital baskısına tam erişimin keyfini çıkarın.
Operasyonel verimliliği artırmak ve karı yükseltmek için eklemeli imalatın nasıl kullanılabileceğini öğrenmek için The Additive Report'un dijital sürümüne tam erişimin keyfini çıkarın.
Artık The Fabricator en Español'un dijital baskısına tam erişimle, değerli sektör kaynaklarına kolayca ulaşabilirsiniz.