Сваки протокол тестирања (Бринелл, Роцквелл, Вицкерс) има процедуре специфичне за објекат који се тестира.Роквелов т-тест је користан за испитивање танкозидних цеви тако што се цев сече по дужини и проверава зид цеви према унутрашњем пречнику, а не према спољашњем пречнику.
Наручивање цеви је попут одласка у продавницу аутомобила и наручивања аутомобила или камиона.Сада постоји мноштво доступних опција које омогућавају купцима да прилагоде аутомобил на различите начине – боје унутрашњости и екстеријера, пакети опреме, опције спољашњег стила, избор погонских агрегата и аудио систем који је скоро једнако добар као систем за кућну забаву.Са свим овим опцијама, вероватно нећете бити задовољни стандардним аутомобилом без додатних детаља.
Ово се односи на челичне цеви.Има хиљаде опција или спецификација.Поред димензија, у спецификацији се помињу хемијска својства и неколико механичких својстава као што су минимална чврстоћа течења (МИС), крајња затезна чврстоћа (УТС) и минимално издужење до лома.Међутим, многи у индустрији — инжењери, агенти за куповину и произвођачи — користе скраћеницу индустрије и позивају на „једноставне“ заварене цеви и наводе само једну карактеристику: тврдоћу.
Покушајте да наручите аутомобил према једној карактеристици („Треба ми ауто са аутоматским мењачем“), а код продавца нећете ићи далеко.Мора да попуни формулар са пуно опција.Ово је случај са челичним цевима: да би добио цев погодну за примену, произвођачу цеви је потребно много више информација од тврдоће.
Како је тврдоћа постала прихваћена замена за друга механичка својства?Вероватно је почело са произвођачима цеви.Пошто је испитивање тврдоће брзо, једноставно и захтева релативно јефтину опрему, продавци цеви често користе испитивање тврдоће како би упоредили две врсте цеви.Све што им је потребно за испитивање тврдоће је глатки комад цеви и уређај за испитивање.
Тврдоћа цеви је уско повезана са УТС-ом и правило (процентуални или процентуални опсег) је корисно за процену МИС-а, тако да је лако видети како испитивање тврдоће може бити погодан заменик за друга својства.
Поред тога, други тестови су релативно тешки.Док испитивање тврдоће траје само око минут на једној машини, МИС, УТС и тестови истезања захтевају припрему узорка и значајно улагање у велику лабораторијску опрему.Поређења ради, оператер млинова цеви заврши тест тврдоће за неколико секунди, док специјалиста металург врши тест затезања за неколико сати.Извођење теста тврдоће није тешко.
То не значи да произвођачи инжењерских цеви не користе тестове тврдоће.Може се са сигурношћу рећи да већина то ради, али пошто процењују поновљивост инструмената и репродуктивност у свим тестним уређајима, они су добро свесни ограничења теста.Већина њих га користи за процену тврдоће цеви као део производног процеса, али га не користи за квантификацију својстава цеви.То је само тест који је прошао/није прошао.
Зашто морам да знам МИС, УТС и минимално издужење?Они указују на перформансе склопа цеви.
МИС је минимална сила која изазива трајну деформацију материјала.Ако покушате мало да савијете прави комад жице (као вешалица) и ослободите притисак, десиће се једна од две ствари: вратиће се у првобитно стање (равно) или ће остати савијен.Ако је још увек право, онда још нисте преболели МИС.Ако је и даље савијен, промашио си.
Сада зграбите оба краја жице клештима.Ако можете да прекинете жицу на пола, прешли сте УТС.Повучете га јако и имате два комада жице да покажете своје надљудске напоре.Ако је првобитна дужина жице била 5 инча, а две дужине након квара заједно износе 6 инча, жица ће се растегнути за 1 инч или 20%.Стварни тестови затезања се мере унутар 2 инча од тачке лома, али без обзира на све – концепт затезања линије илуструје УТС.
Челични узорци микроснимака морају бити исечени, полирани и урезани са слабо киселим раствором (обично азотном киселином и алкохолом) да би зрна била видљива.Увећање од 100к се обично користи за преглед зрна челика и одређивање њихове величине.
Тврдоћа је тест како материјал реагује на удар.Замислите да се кратка дужина цеви стави у шкрипац са назубљеним чељустима и протресе да се стег затвори.Поред поравнања цеви, чељусти стеге остављају отисак на површини цеви.
Овако функционише тест тврдоће, али није тако груб.Тест има контролисану величину удара и контролисан притисак.Ове силе деформишу површину, формирајући удубљења или удубљења.Величина или дубина удубљења одређује тврдоћу метала.
Приликом процене челика, обично се користе тестови тврдоће по Бринелу, Викерсу и Роквелу.Сваки од њих има своју скалу, а неки од њих имају вишеструке методе испитивања као што су Роцквелл А, Б, Ц, итд. За челичне цеви, АСТМ А513 спецификација се односи на Роцквелл Б тест (скраћено ХРБ или РБ).Роквелов тест Б мери разлику у сили продирања челичне кугле пречника 1⁄16 инча у челик између лаганог предоптерећења и основног оптерећења од 100 кгф.Типичан резултат за стандардни меки челик је ХРБ 60.
Научници за материјале знају да тврдоћа има линеарну везу са УТС.Дакле, дата тврдоћа предвиђа УТС.Слично томе, произвођач цеви зна да су МИС и УТС повезани.За заварене цеви, МИС је обично 70% до 85% УТС.Тачан износ зависи од процеса производње цеви.Тврдоћа ХРБ 60 одговара УТС 60.000 фунти по квадратном инчу (ПСИ) и око 80% МИС, што је 48.000 ПСИ.
Најчешћа спецификација цеви за општу производњу је максимална тврдоћа.Поред величине, инжењери су такође заинтересовани за спецификацију цеви заварених отпором (ЕРВ) у добром радном опсегу, што може резултирати цртежима делова са могућом максималном тврдоћом од ХРБ 60. Сама ова одлука резултира низом механичких крајњих својстава, укључујући и саму тврдоћу.
Прво, тврдоћа ХРБ 60 нам не говори много.Очитавање ХРБ 60 је бездимензионални број.Материјали оцењени на ХРБ 59 су мекши од оних тестираних на ХРБ 60, а ХРБ 61 је тврђи од ХРБ 60, али за колико?Не може се квантификовати попут запремине (мерено у децибелима), обртног момента (мерено у фунти-стопама), брзине (мерено у удаљености у односу на време) или УТС (мерено у фунтама по квадратном инчу).Читање ХРБ 60 не говори нам ништа конкретно.То је материјално, а не физичко својство.Друго, одређивање тврдоће само по себи није погодно да би се осигурала поновљивост или репродуктивност.Процена два места на узорку, чак и ако су места за испитивање близу једно другом, често резултира веома различитим очитањима тврдоће.Природа тестова погоршава овај проблем.После једног мерења положаја, друго мерење се не може извршити да би се проверио резултат.Поновљивост теста није могућа.
То не значи да је мерење тврдоће незгодно.Заправо, ово је добар водич за УТС ствари, и то је брз и лак тест.Међутим, свако ко је укључен у дефинисање, набавку и производњу цеви треба да буде свестан њихових ограничења као параметра тестирања.
Пошто „обичне“ цеви нису јасно дефинисане, произвођачи цеви га обично сужавају на две најчешће коришћене врсте челика и цеви као што је дефинисано у АСТМ А513:1008 и 1010 када је то прикладно.Чак и након искључивања свих других врста цеви, могућности за механичка својства ова два типа цеви остају отворене.У ствари, ове врсте цеви имају најшири спектар механичких својстава од свих врста цеви.
На пример, цев се сматра меком ако је МИС низак, а издужење велико, што значи да има боље перформансе у смислу истезања, деформације и трајне деформације од цеви описане као круте, која има релативно висок МИС и релативно ниско истезање ..Ово је слично разлици између меке жице и тврде жице као што су вешалице и бушилице.
Само издужење је још један фактор који има значајан утицај на критичне примене цеви.Цеви високог издужења могу издржати истезање;материјали са малим издужењем су крхкији и стога склонији катастрофалном квару услед замора.Међутим, издужење није директно повезано са УТС, што је једино механичко својство директно повезано са тврдоћом.
Зашто се цеви толико разликују у својим механичким својствима?Прво, хемијски састав је другачији.Челик је чврст раствор гвожђа и угљеника, као и других важних легура.Ради једноставности, бавићемо се само процентом угљеника.Атоми угљеника замењују неке од атома гвожђа, стварајући кристалну структуру челика.АСТМ 1008 је свеобухватан примарни разред са садржајем угљеника од 0% до 0,10%.Нула је посебан број који пружа јединствена својства при ултра-ниском садржају угљеника у челику.АСТМ 1010 дефинише садржај угљеника од 0,08% до 0,13%.Ове разлике не изгледају велике, али су довољне да направе велику разлику негде другде.
Друго, челичне цеви могу бити произведене или произведене и накнадно обрађене у седам различитих производних процеса.АСТМ А513 у вези са производњом ЕРВ цеви наводи седам типова:
Ако хемијски састав челика и фазе производње цеви не утичу на тврдоћу челика, шта онда?Одговор на ово питање подразумева пажљиво проучавање детаља.Ово питање води до два друга питања: који детаљи и колико близу?
Детаљне информације о зрнима која чине челик су први одговор.Када се челик производи у примарном млину, он се не хлади у огромну масу са једним својством.Како се челик хлади, његови молекули формирају понављајуће шаре (кристале), слично као што се формирају пахуље.Након формирања кристала, они се комбинују у групе које се зову зрна.Како се зрна хладе, расту, формирајући цео лист или плочу.Раст зрна престаје када зрно апсорбује последњи молекул челика.Све се ово дешава на микроскопском нивоу, са зрном челика средње величине пречника око 64 микрона или 0,0025 инча.Иако је свако зрно слично следећем, оно није исто.Они се мало разликују једни од других по величини, оријентацији и садржају угљеника.Интерфејс између зрна се називају границе зрна.Када челик поквари, на пример због заморних пукотина, он има тенденцију да пропадне на границама зрна.
Колико близу морате да погледате да бисте видели различите честице?Довољно је повећање од 100 или 100 пута од видне оштрине људског ока.Међутим, једноставно гледање сировог челика на 100. степен не чини много.Узорци се припремају полирањем узорка и нагризањем површине киселином, обично азотном киселином и алкохолом, што се назива јеткањем азотне киселине.
Зрна и њихова унутрашња решетка одређују јачину удара, МИС, УТС и издужење које челик може да издржи пре лома.
Кораци за производњу челика као што су топле и хладне котрљајуће траке преносе напон на структуру зрна;ако стално мењају облик, то значи да је напон деформисао зрна.Други кораци обраде као што је намотавање челика у котурове, одмотавање и пролазак кроз млин за цеви (да би се формирала цев и величина) деформишу зрна челика.Хладно извлачење цеви на трну такође оптерећује материјал, као и кораци производње као што су обликовање краја и савијање.Промене у структури зрна називају се дислокације.
Горе наведени кораци смањују дуктилност челика, његову способност да издржи напрезање затезања (цепања).Челик постаје крт, што значи да је већа вероватноћа да ће се сломити ако наставите да радите са челиком.Издужење је једна компонента пластичности (компресибилност је друга).Овде је важно схватити да се квар најчешће јавља у напетости, а не у компресији.Челик је прилично отпоран на затезна напрезања због свог релативно великог издужења.Међутим, челик се лако деформише под притиском - савитљив је - што је предност.
Упоредите ово са бетоном, који има веома високу чврстоћу на притисак, али ниску дуктилност.Ова својства су супротна од челика.Због тога се бетон који се користи за путеве, зграде и тротоаре често армира.Резултат је производ који има снагу оба материјала: челик је јак на затезање и бетон је јак на компресију.
Током каљења, дуктилност челика се смањује, а његова тврдоћа се повећава.Другим речима, стврдне.У зависности од ситуације, ово може бити предност, али може бити и недостатак, јер је тврдоћа једнака крхкости.То јест, што је челик тврђи, то је мање еластичан и стога је већа вероватноћа да ће пропасти.
Другим речима, сваки корак процеса захтева одређену дуктилност цеви.Како се део обрађује, постаје тежи, а ако је превише тежак, онда је у принципу бескорисан.Тврдоћа је крхкост, а ломљиве цеви су склоне квару током употребе.
Да ли произвођач има опције у овом случају?Укратко, да.Ова опција је жарење, и иако није баш магична, она је онолико магична колико може бити.
Једноставно речено, жарење уклања све ефекте физичког утицаја на метале.У процесу се метал загрева до температуре растерећења или рекристализације, што резултира уклањањем дислокација.Дакле, процес делимично или потпуно враћа дуктилност, у зависности од специфичне температуре и времена коришћеног у процесу жарења.
Жарење и контролисано хлађење подстичу раст зрна.Ово је корисно ако је циљ да се смањи ломљивост материјала, али неконтролисани раст зрна може превише омекшати метал, чинећи га неупотребљивим за његову намену.Заустављање процеса жарења је још једна скоро магична ствар.Гашење на правој температури са правим средством за учвршћивање у право време брзо зауставља процес и враћа својства челика.
Да ли треба да напустимо спецификације тврдоће?не.Својства тврдоће су драгоцена, пре свега, као смерница у одређивању карактеристика челичних цеви.Тврдоћа је корисна мера и једно од неколико својстава које треба навести приликом наручивања цевастог материјала и проверити при пријему (документовано за сваку пошиљку).Када се тест тврдоће користи као стандард за испитивање, он мора имати одговарајуће вредности скале и контролне границе.
Међутим, ово није прави тест пролазности (прихватања или одбијања) материјала.Поред тврдоће, произвођачи би требало да с времена на време проверавају пошиљке како би утврдили друга релевантна својства као што су МИС, УТС или минимално издужење, у зависности од примене цеви.
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.
Тубе & Пипе Јоурнал је покренут 1990. године као први часопис посвећен индустрији металних цеви.Данас, остаје једина публикација у индустрији у Северној Америци и постала је извор информација од највећег поверења за професионалце за цеви.
Потпун дигитални приступ ФАБРИЦАТОР-у је сада доступан, пружајући лак приступ вредним индустријским ресурсима.
Потпун дигитални приступ часопису Тхе Тубе & Пипе Јоурнал је сада доступан, пружајући лак приступ вредним индустријским ресурсима.
Уживајте у потпуном дигиталном приступу СТАМПИНГ Јоурналу, часопису о тржишту металног штанцања са најновијим технолошким достигнућима, најбољим праксама и вестима из индустрије.
Потпун приступ дигиталном издању Тхе Фабрицатор ен Еспанол је сада доступан, пружајући лак приступ вредним индустријским ресурсима.
У другом делу наше дводелне емисије са Адамом Хефнером, власником и оснивачем продавнице у Нешвилу…
Време поста: 27.01.2023