Vsak testni protokol (Brinell, Rockwell, Vickers) ima postopke, specifične za predmet testiranja.Rockwellov t-test je uporaben za preizkušanje tankostenskih cevi tako, da cev prerežete po dolžini in preverite steno cevi po notranjem premeru in ne po zunanjem premeru.
Naročanje cevi je podobno kot bi šli v prodajalno avtomobilov in naročili avto ali tovornjak.Zdaj je na voljo množica možnosti, ki kupcem omogočajo prilagoditev avtomobila na različne načine – barve notranjosti in zunanjosti, paketi opreme, možnosti oblikovanja zunanjosti, izbira pogona in avdio sistem, ki je skoraj tako dober kot sistem za domače razvedrilo.Z vsemi temi možnostmi verjetno ne boste zadovoljni s standardnim avtomobilom brez dodatkov.
To velja za jeklene cevi.Ima na tisoče možnosti ali specifikacij.Poleg dimenzij specifikacija omenja kemijske lastnosti in več mehanskih lastnosti, kot so najmanjša meja tečenja (MYS), skrajna natezna trdnost (UTS) in najmanjši raztezek do porušitve.Vendar mnogi v industriji – inženirji, nabavni zastopniki in proizvajalci – uporabljajo industrijsko stenografijo in zahtevajo »preproste« varjene cevi in navajajo samo eno lastnost: trdoto.
Poskusite naročiti avto glede na eno lastnost ("Potrebujem avto z avtomatskim menjalnikom") in s prodajalcem ne boste prišli daleč.Izpolniti mora obrazec z veliko možnostmi.Tako je pri jeklenih ceveh: da bi dobil cev, primerno za uporabo, proizvajalec cevi potrebuje veliko več informacij kot o trdoti.
Kako je trdota postala sprejemljiv nadomestek za druge mehanske lastnosti?Verjetno se je začelo s proizvajalci cevi.Ker je testiranje trdote hitro, enostavno in zahteva razmeroma poceni opremo, prodajalci cevi pogosto uporabljajo testiranje trdote za primerjavo dveh vrst cevi.Vse, kar potrebujejo za izvedbo preskusa trdote, je gladek kos cevi in preskusna naprava.
Trdota cevi je tesno povezana z UTS in osnovno pravilo (odstotek ali razpon odstotkov) je uporabno za ocenjevanje MYS, tako da je enostavno videti, kako je lahko testiranje trdote primeren približek za druge lastnosti.
Poleg tega so drugi testi relativno težki.Medtem ko testiranje trdote traja le približno minuto na enem stroju, MYS, UTS in testi raztezka zahtevajo pripravo vzorcev in znatno naložbo v veliko laboratorijsko opremo.Za primerjavo, operater cevovoda opravi preizkus trdote v nekaj sekundah, medtem ko specialist metalurg opravi natezni preizkus v nekaj urah.Izvedba testa trdote ni težka.
To ne pomeni, da proizvajalci inženirskih cevi ne uporabljajo preskusov trdote.Lahko rečemo, da večina to počne, a ker ocenjujejo ponovljivost instrumentov in obnovljivost v vsej testni opremi, se dobro zavedajo omejitev testa.Večina jih ga uporablja za oceno trdote cevi kot del proizvodnega procesa, ne uporabljajo pa ga za kvantificiranje lastnosti cevi.To je samo preizkus uspešnosti/neuspeha.
Zakaj moram poznati MYS, UTS in najmanjši raztezek?Označujejo zmogljivost cevnega sklopa.
MYS je minimalna sila, ki povzroči trajno deformacijo materiala.Če poskušate rahlo upogniti raven kos žice (kot obešalnik) in sprostiti pritisk, se bo zgodilo eno od dveh stvari: vrnil se bo v prvotno stanje (ravno) ali ostal upognjen.Če je še vedno naravnost, potem še niste preboleli MYS.Če je še vedno upognjen, ste zgrešili.
Sedaj primite oba konca žice s kleščami.Če lahko prelomite žico na pol, ste prišli mimo UTS.Močno ga potegneš in imaš dva kosa žice za prikaz nadčloveških naporov.Če je bila prvotna dolžina žice 5 palcev, obe dolžini po okvari pa skupaj znašata 6 palcev, se bo žica raztegnila za 1 palec ali 20 %.Dejanski natezni preskusi so izmerjeni znotraj 2 palcev od točke preloma, vendar ne glede na vse – koncept napetosti vrvice ponazarja UTS.
Jeklene mikrografske vzorce je treba razrezati, polirati in jedkati s šibko kislo raztopino (običajno dušikovo kislino in alkoholom), da postanejo zrna vidna.100-kratna povečava se običajno uporablja za pregledovanje jeklenih zrn in določanje njihove velikosti.
Trdota je test, kako se material odziva na udarce.Predstavljajte si, da je kratek del cevi nameščen v primež z nazobčanimi čeljustmi in stresen, da se primež zapre.Poleg tega, da poravnajo cev, čeljusti primeža pustijo odtis na površini cevi.
Tako deluje preizkus trdote, vendar ni tako grob.Test ima nadzorovano velikost udarca in nadzorovan tlak.Te sile deformirajo površino in tvorijo vdolbine ali vdolbine.Velikost ali globina vdolbine določa trdoto kovine.
Pri ocenjevanju jekla se običajno uporabljajo testi trdote po Brinellu, Vickersu in Rockwellu.Vsaka ima svojo lestvico in nekatere od njih imajo več preskusnih metod, kot so Rockwell A, B, C itd. Za jeklene cevi se specifikacija ASTM A513 nanaša na preskus Rockwell B (skrajšano kot HRB ali RB).Rockwellov test B meri razliko v sili prodiranja jeklene krogle s premerom 1⁄16 palca v jeklo med rahlo prednapetostjo in osnovno obremenitvijo 100 kgf.Tipičen rezultat za standardno mehko jeklo je HRB 60.
Znanstveniki za materiale vedo, da je trdota linearno povezana z UTS.Zato podana trdota napoveduje UTS.Podobno proizvajalec cevi ve, da sta MYS in UTS povezana.Za varjene cevi je MYS običajno 70 % do 85 % UTS.Točna količina je odvisna od postopka izdelave cevi.Trdota HRB 60 ustreza UTS 60.000 funtov na kvadratni palec (PSI) in približno 80 % MYS, kar je 48.000 PSI.
Najpogostejša specifikacija cevi za splošno proizvodnjo je največja trdota.Poleg velikosti se inženirji zanimajo tudi za specifikacijo uporovno varjenih (ERW) cevi v dobrem delovnem območju, kar lahko povzroči risbe delov z možno največjo trdoto HRB 60. Ta odločitev sama po sebi ima za posledico številne mehanske končne lastnosti, vključno s samo trdoto.
Prvič, trdota HRB 60 nam ne pove veliko.Odčitek HRB 60 je brezrazsežno število.Materiali z oceno HRB 59 so mehkejši od tistih, testiranih s HRB 60, HRB 61 pa je trši od HRB 60, toda za koliko?Ni ga mogoče kvantificirati kot prostornino (merjeno v decibelih), navor (merjeno v funt-čevljih), hitrost (merjeno kot razdalja v primerjavi s časom) ali UTS (merjeno v funtih na kvadratni palec).Branje HRB 60 nam ne pove nič posebnega.Je materialna lastnina, ne fizična lastnina.Drugič, določanje trdote samo po sebi ni primerno za zagotavljanje ponovljivosti ali obnovljivosti.Vrednotenje dveh mest na vzorcu, tudi če sta testni mesti blizu skupaj, pogosto povzroči zelo različne odčitke trdote.Narava testov to težavo še poslabša.Po eni meritvi položaja ni mogoče izvesti druge meritve za preverjanje rezultata.Ponovljivost testa ni mogoča.
To ne pomeni, da je merjenje trdote neprijetno.Pravzaprav je to dober vodnik po zadevah UTS ter hiter in enostaven test.Vendar se mora vsakdo, ki sodeluje pri definiciji, nabavi in izdelavi cevi, zavedati njihovih omejitev kot preskusnega parametra.
Ker "navadna" cev ni jasno definirana, jo proizvajalci cevi običajno zožijo na dve najpogosteje uporabljeni vrsti jekla in cevi, kot je opredeljeno v ASTM A513:1008 in 1010, kadar je to primerno.Tudi po izločitvi vseh drugih vrst cevi ostajajo možnosti za mehanske lastnosti teh dveh vrst cevi odprte.Pravzaprav imajo te vrste cevi najširši razpon mehanskih lastnosti med vsemi vrstami cevi.
Na primer, cev velja za mehko, če je MYS nizek in raztezek velik, kar pomeni, da deluje bolje v smislu raztezanja, deformacije in trajne deformacije kot cev, opisana kot toga, ki ima relativno visok MYS in relativno nizek raztezek. ..To je podobno razliki med mehko žico in trdo žico, kot so obešalniki za oblačila in svedri.
Raztezek sam je še en dejavnik, ki pomembno vpliva na kritične aplikacije cevi.Cevi z visokim raztezkom lahko prenesejo raztezanje;materiali z nizkim raztezkom so bolj krhki in zato bolj nagnjeni k katastrofalnim poškodbam zaradi utrujenosti.Vendar pa raztezek ni neposredno povezan z UTS, ki je edina mehanska lastnost, neposredno povezana s trdoto.
Zakaj se mehanske lastnosti cevi tako razlikujejo?Prvič, kemična sestava je drugačna.Jeklo je trdna raztopina železa in ogljika ter drugih pomembnih zlitin.Zaradi poenostavitve se bomo ukvarjali le z odstotkom ogljika.Atomi ogljika nadomestijo nekatere atome železa in ustvarijo kristalno strukturo jekla.ASTM 1008 je celovit primarni razred z vsebnostjo ogljika od 0 % do 0,10 %.Zero je posebna številka, ki zagotavlja edinstvene lastnosti pri ultra nizki vsebnosti ogljika v jeklu.ASTM 1010 določa vsebnost ogljika od 0,08 % do 0,13 %.Te razlike se ne zdijo velike, vendar so dovolj, da naredijo veliko razliko drugje.
Drugič, jeklene cevi je mogoče izdelati ali izdelati in nato obdelati v sedmih različnih proizvodnih procesih.ASTM A513 glede proizvodnje cevi ERW navaja sedem vrst:
Če kemična sestava jekla in stopnje izdelave cevi ne vplivajo na trdoto jekla, kaj potem?Odgovor na to vprašanje pomeni skrbno preučevanje podrobnosti.To vprašanje vodi do dveh drugih vprašanj: katere podrobnosti in kako blizu?
Podrobne informacije o zrnih, ki sestavljajo jeklo, so prvi odgovor.Ko se jeklo proizvaja v primarni mlini, se ne ohladi v ogromno maso z eno lastnostjo.Ko se jeklo ohlaja, njegove molekule tvorijo ponavljajoče se vzorce (kristale), podobno kot nastajajo snežinke.Po nastanku kristalov se ti združijo v skupine, imenovane zrna.Ko se zrna ohladijo, rastejo in tvorijo celoten list ali ploščo.Rast zrna se ustavi, ko zrno absorbira zadnjo molekulo jekla.Vse to se dogaja na mikroskopski ravni, pri čemer ima srednje veliko jekleno zrno približno 64 mikronov ali 0,0025 palca.Čeprav je vsako zrno podobno drugemu, niso enaka.Med seboj se nekoliko razlikujejo po velikosti, orientaciji in vsebnosti ogljika.Meje med zrni imenujemo meje zrn.Ko jeklo odpove, na primer zaradi utrujenosti razpok, je nagnjeno k odpovedi na mejah zrn.
Kako blizu moraš pogledati, da vidiš različne delce?Zadostuje 100-kratna ali 100-kratna ostrina vida človeškega očesa.Vendar preprosto gledanje surovega jekla na 100. potenco ne naredi veliko.Vzorce pripravimo s poliranjem vzorca in jedkanjem površine s kislino, običajno z dušikovo kislino in alkoholom, kar se imenuje jedkanje z dušikovo kislino.
Zrna in njihova notranja mreža določajo udarno trdnost, MYS, UTS in raztezek, ki ga jeklo lahko prenese pred porušitvijo.
Koraki izdelave jekla, kot je vroče in hladno valjanje trakov, prenašajo napetost na zrnato strukturo;če nenehno spreminjajo obliko, to pomeni, da je napetost deformirala zrna.Drugi koraki obdelave, kot je navijanje jekla v kolobarje, odvijanje in prehod skozi mlin za cevi (za oblikovanje cevi in velikost), deformirajo jeklena zrna.Hladno vlečenje cevi na trn prav tako obremenjuje material, kot tudi proizvodni koraki, kot sta oblikovanje koncev in upogibanje.Spremembe v strukturi zrn imenujemo dislokacije.
Zgornji koraki zmanjšajo duktilnost jekla, njegovo sposobnost, da prenese natezno (trgalno) obremenitev.Jeklo postane krhko, kar pomeni, da je večja verjetnost, da se zlomi, če z jeklom še naprej delate.Raztezek je ena komponenta plastičnosti (stisljivost je druga).Pri tem je pomembno razumeti, da do okvare največkrat pride pri napetosti in ne pri stiskanju.Jeklo je precej odporno na natezne obremenitve zaradi relativno velikega raztezka.Vendar pa se jeklo pod tlačno obremenitvijo zlahka deformira – je voljno – kar je prednost.
Primerjajte to z betonom, ki ima zelo visoko tlačno trdnost, a nizko duktilnost.Te lastnosti so nasprotne jeklu.Zato je beton, ki se uporablja za ceste, zgradbe in pločnike, pogosto armiran.Rezultat je izdelek, ki ima moč obeh materialov: jeklo je močno na napetost, beton pa na stiskanje.
Med kaljenjem se duktilnost jekla zmanjša, njegova trdota pa se poveča.Z drugimi besedami, strdi se.Odvisno od situacije je to lahko prednost, lahko pa tudi slabost, saj je trdota enaka krhkosti.To pomeni, da bolj ko je jeklo trdo, manj je elastično in zato je večja verjetnost, da bo odpovedalo.
Z drugimi besedami, vsak korak postopka zahteva nekaj duktilnosti cevi.Ko je del obdelan, postane težji, in če je pretežak, potem je načeloma neuporaben.Trdota je krhkost in krhke cevi so nagnjene k okvari med uporabo.
Ali ima proizvajalec v tem primeru možnosti?Skratka ja.Ta možnost je žarjenje in čeprav ni ravno čarobna, je približno tako čarobna, kot je lahko.
Preprosto povedano, žarjenje odstrani vse učinke fizičnega vpliva na kovine.Pri tem se kovina segreje na temperaturo razbremenitve ali rekristalizacije, kar povzroči odstranitev dislokacij.Tako postopek delno ali v celoti povrne duktilnost, odvisno od specifične temperature in časa, uporabljenega v procesu žarjenja.
Žarjenje in nadzorovano hlajenje spodbujata rast zrn.To je koristno, če je cilj zmanjšati krhkost materiala, vendar lahko nenadzorovana rast zrn kovino preveč zmehča, zaradi česar je neuporabna za predvideno uporabo.Ustavitev procesa žarjenja je še ena skoraj čarobna stvar.Kaljenje pri pravi temperaturi s pravim utrjevalcem ob pravem času hitro ustavi proces in obnovi lastnosti jekla.
Ali naj opustimo specifikacije trdote?št.Lastnosti trdote so dragocene predvsem kot vodilo pri določanju lastnosti jeklenih cevi.Trdota je uporabna meritev in ena od številnih lastnosti, ki jih je treba navesti pri naročanju cevastega materiala in preveriti ob prejemu (dokumentirano za vsako pošiljko).Ko se preskus trdote uporablja kot preskusni standard, mora imeti ustrezne vrednosti lestvice in kontrolne meje.
Vendar to ni pravi test uspešnosti (sprejemanja ali zavrnitve) gradiva.Poleg trdote morajo proizvajalci občasno preveriti pošiljke, da določijo druge pomembne lastnosti, kot so MYS, UTS ali najmanjši raztezek, odvisno od uporabe cevi.
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 je bil ustanovljen leta 1990 kot prva revija, posvečena industriji kovinskih cevi.Danes ostaja edina industrijska publikacija v Severni Ameriki in je postala najbolj zaupanja vreden vir informacij za strokovnjake za cevi.
Zdaj je na voljo popoln digitalni dostop do FABRICATOR-ja, ki omogoča enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Zdaj je na voljo popoln digitalni dostop do The Tube & Pipe Journal, ki omogoča enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Uživajte v polnem digitalnem dostopu do STAMPING Journal, tržne revije o kovinskem žigosanju z najnovejšimi tehnološkimi dosežki, najboljšimi praksami in novicami iz industrije.
Zdaj je na voljo popoln dostop do digitalne izdaje The Fabricator en Español, ki omogoča enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
V drugem delu naše dvodelne oddaje z Adamom Heffnerjem, lastnikom trgovine v Nashvillu in ustanoviteljem ...
Čas objave: 27. januarja 2023