Всеки тестов протокол (Brinell, Rockwell, Vickers) има процедури, специфични за тествания обект.

Всеки тестов протокол (Brinell, Rockwell, Vickers) има процедури, специфични за тествания обект.Т-тестът на Rockwell е полезен за тестване на тънкостенни тръби чрез разрязване на тръбата по дължина и проверка на стената на тръбата по вътрешния диаметър, а не по външния диаметър.
Поръчването на тръби е малко като да отидете в автокъща и да поръчате кола или камион.Вече има множество налични опции, които позволяват на купувачите да персонализират автомобила по различни начини – цветове на интериора и екстериора, пакети за тапицерия, опции за външен стил, избор на задвижване и аудио система, която е почти толкова добра, колкото система за домашно забавление.С всички тези опции вероятно няма да сте доволни от стандартна кола без излишни украшения.
Това се отнася за стоманени тръби.Има хиляди опции или спецификации.В допълнение към размерите, спецификацията споменава химични свойства и няколко механични свойства, като минимална граница на провлачване (MYS), крайна якост на опън (UTS) и минимално удължение до разрушаване.Въпреки това, много в индустрията – инженери, агенти по закупуване и производители – използват стенографията на индустрията и призовават за „прости“ заварени тръби и изброяват само една характеристика: твърдост.
Опитайте се да поръчате кола според една характеристика („Имам нужда от кола с автоматична скоростна кутия“) и с продавача няма да стигнете далеч.Той трябва да попълни формуляр с много опции.Такъв е случаят със стоманените тръби: за да получи тръба, подходяща за приложение, производителят на тръби се нуждае от много повече информация от твърдостта.
Как твърдостта стана приемлив заместител на други механични свойства?Вероятно е започнало с производителите на тръби.Тъй като тестването на твърдостта е бързо, лесно и изисква сравнително евтино оборудване, продавачите на тръби често използват тестване на твърдостта, за да сравнят два вида тръби.Всичко, от което се нуждаят, за да извършат тест за твърдост, е гладко парче тръба и тестов стенд.
Твърдостта на тръбата е тясно свързана с UTS и основното правило (процент или процентен диапазон) е полезно за оценка на MYS, така че е лесно да се види как тестването на твърдостта може да бъде подходящ заместител за други свойства.
В допълнение, други тестове са относително трудни.Докато тестването за твърдост отнема само около минута на една машина, тестовете за MYS, UTS и удължение изискват подготовка на пробата и значителна инвестиция в голямо лабораторно оборудване.За сравнение, операторът на тръбопровод извършва тест за твърдост за секунди, докато специалист металург извършва тест за опън за няколко часа.Извършването на тест за твърдост не е трудно.
Това не означава, че производителите на инженерни тръби не използват тестове за твърдост.Безопасно е да се каже, че мнозинството правят това, но тъй като те оценяват повторяемостта и възпроизводимостта на инструмента в цялото тестово оборудване, те са добре запознати с ограниченията на теста.Повечето от тях го използват за оценка на твърдостта на тръбата като част от производствения процес, но не го използват за количествено определяне на свойствата на тръбата.Това е просто тест за преминаване/неиздържане.
Защо трябва да знам MYS, UTS и минимално удължение?Те показват производителността на тръбния възел.
MYS е минималната сила, която причинява трайна деформация на материала.Ако се опитате леко да огънете право парче тел (като закачалка) и отпуснете натиска, ще се случи едно от двете неща: то ще се върне в първоначалното си състояние (право) или ще остане огънато.Ако все още е прав, значи все още не сте преболели MYS.Ако все още е огънат, сте пропуснали.
Сега хванете двата края на жицата с клещи.Ако можете да счупите проводник наполовина, вие сте преминали UTS.Дърпате го силно и имате две парчета тел, за да покажете свръхчовешките си усилия.Ако първоначалната дължина на жицата е била 5 инча и двете дължини след повреда се добавят до 6 инча, жицата ще се разтегне с 1 инч, или 20%.Действителните тестове за опън се измерват в рамките на 2 инча от точката на счупване, но без значение какво – концепцията за опън на линията илюстрира UTS.
Стоманените микрографски образци трябва да бъдат изрязани, полирани и ецвани със слабо киселинен разтвор (обикновено азотна киселина и алкохол), за да се видят зърната.100x увеличение обикновено се използва за проверка на стоманени зърна и определяне на техния размер.
Твърдостта е тест за това как даден материал реагира на удар.Представете си, че къса тръба се поставя в менгеме с назъбени челюсти и се разклаща, за да се затвори менгемето.В допълнение към подравняването на тръбата, челюстите на менгемето оставят отпечатък върху повърхността на тръбата.
Ето как работи тестът за твърдост, но не е толкова груб.Тестът има контролиран размер на удара и контролирано налягане.Тези сили деформират повърхността, образувайки вдлъбнатини или вдлъбнатини.Размерът или дълбочината на вдлъбнатината определя твърдостта на метала.
При оценката на стоманата обикновено се използват тестове за твърдост по Бринел, Викерс и Рокуел.Всяка от тях има своя собствена скала, а някои от тях имат множество методи за изпитване като Rockwell A, B, C и т.н. За стоманени тръби спецификацията ASTM A513 се отнася до тест Rockwell B (съкратено като HRB или RB).Тестът на Rockwell B измерва разликата в силата на проникване на стоманена топка с диаметър 1⁄16 инча в стомана между леко предварително натоварване и основно натоварване от 100 kgf.Типичен резултат за стандартна мека стомана е HRB ​​60.
Учените по материали знаят, че твърдостта има линейна връзка с UTS.Следователно дадената твърдост предсказва UTS.По същия начин производителят на тръби знае, че MYS и UTS са свързани.За заварени тръби MYS обикновено е 70% до 85% UTS.Точното количество зависи от процеса на производство на тръбата.Твърдостта на HRB 60 съответства на UTS 60 000 паунда на квадратен инч (PSI) и около 80% MYS, което е 48 000 PSI.
Най-често срещаната спецификация на тръбата за общо производство е максималната твърдост.В допълнение към размера, инженерите също се интересуват от определяне на резистентно заварени (ERW) тръби в рамките на добър работен диапазон, което може да доведе до чертежи на части с възможна максимална твърдост от HRB 60. Това решение само по себе си води до редица механични крайни свойства, включително самата твърдост.
Първо, твърдостта на HRB 60 не ни казва много.Отчитането на HRB 60 е безразмерно число.Материалите с оценка HRB 59 са по-меки от тези, тествани с HRB 60, а HRB 61 е по-твърд от HRB 60, но с колко?Не може да се определи количествено като обем (измерен в децибели), въртящ момент (измерен във фунт-фут), скорост (измерена като разстояние спрямо време) или UTS (измерен в фунтове на квадратен инч).Четенето на HRB 60 не ни казва нищо конкретно.Това е материална собственост, а не физическа собственост.Второ, определянето на твърдостта само по себе си не е подходящо за осигуряване на повторяемост или възпроизводимост.Оценката на две места върху проба, дори ако тестовите места са близо една до друга, често води до много различни показания за твърдост.Естеството на тестовете изостря този проблем.След едно измерване на позиция не може да се направи второ измерване за проверка на резултата.Повторяемостта на теста не е възможна.
Това не означава, че измерването на твърдостта е неудобно.Всъщност това е добро ръководство за UTS неща и е бърз и лесен тест.Въпреки това, всеки, който участва в дефинирането, доставката и производството на тръби, трябва да е наясно с техните ограничения като тестов параметър.
Тъй като „обикновената“ тръба не е ясно дефинирана, производителите на тръби обикновено я стесняват до двата най-често използвани типа стомана и тръба, както е определено в ASTM A513:1008 и 1010, когато е подходящо.Дори след изключване на всички останали видове тръби, възможностите за механичните свойства на тези два вида тръби остават отворени.Всъщност тези видове тръби имат най-широката гама от механични свойства от всички видове тръби.
Например, една тръба се счита за мека, ако MYS е ниско и удължението е високо, което означава, че се представя по-добре по отношение на разтягане, деформация и постоянна деформация от тръба, описана като твърда, която има относително високо MYS и относително ниско удължение ..Това е подобно на разликата между мека тел и твърда тел като закачалки за дрехи и бормашини.
Самото удължение е друг фактор, който има значително влияние върху критичните приложения на тръбите.Тръбите с голямо удължение могат да издържат на разтягане;материалите с ниско удължение са по-крехки и следователно по-склонни към катастрофално разрушаване от умора.Удължението обаче не е пряко свързано с UTS, което е единственото механично свойство, пряко свързано с твърдостта.
Защо тръбите се различават толкова много по своите механични свойства?Първо, химическият състав е различен.Стоманата е твърд разтвор на желязо и въглерод, както и други важни сплави.За простота ще се занимаваме само с процента въглерод.Въглеродните атоми заместват някои от атомите на желязото, създавайки кристалната структура на стоманата.ASTM 1008 е цялостен първичен клас със съдържание на въглерод от 0% до 0,10%.Нула е специално число, което осигурява уникални свойства при ултра ниско съдържание на въглерод в стоманата.ASTM 1010 определя въглеродното съдържание от 0,08% до 0,13%.Тези разлики не изглеждат големи, но са достатъчни, за да направят голяма разлика другаде.
Второ, стоманените тръби могат да бъдат произведени или произведени и впоследствие обработени в седем различни производствени процеса.ASTM A513 по отношение на производството на ERW тръби изброява седем вида:
Ако химическият състав на стоманата и етапите на производство на тръби не влияят на твърдостта на стоманата, тогава какво?Отговорът на този въпрос означава внимателно проучване на детайлите.Този въпрос води до два други въпроса: какви подробности и колко близо?
Подробна информация за зърната, които изграждат стоманата, е първият отговор.Когато стоманата се произвежда в първична мелница, тя не се охлажда в огромна маса с едно свойство.Докато стоманата се охлажда, нейните молекули образуват повтарящи се модели (кристали), подобно на това как се образуват снежинките.След образуването на кристалите те се комбинират в групи, наречени зърна.Докато зърната се охлаждат, те растат, образувайки целия лист или плоча.Растежът на зърното спира, когато последната молекула стомана се абсорбира от зърното.Всичко това се случва на микроскопично ниво, като средно голямо стоманено зърно е около 64 микрона или 0,0025 инча.Докато всяко зърно е подобно на следващото, те не са еднакви.Те се различават леко един от друг по размер, ориентация и въглеродно съдържание.Интерфейсите между зърната се наричат ​​граници на зърната.Когато стоманата се повреди, например поради пукнатини от умора, тя има тенденция да се повреди по границите на зърната.
Колко отблизо трябва да погледнете, за да видите отделни частици?Достатъчно е увеличение от 100 пъти или 100 пъти зрителната острота на човешкото око.Въпреки това, простото разглеждане на сурова стомана на 100-та степен не прави много.Пробите се приготвят чрез полиране на пробата и ецване на повърхността с киселина, обикновено азотна киселина и алкохол, което се нарича ецване с азотна киселина.
Именно зърната и тяхната вътрешна решетка определят якостта на удар, MYS, UTS и удължението, което стоманата може да издържи преди разрушаване.
Етапи на производство на стомана, като горещо и студено валцуване на ленти, пренасят напрежението върху структурата на зърната;ако постоянно променят формата си, това означава, че напрежението е деформирало зърната.Други етапи на обработка като навиване на стоманата на рулони, развиване и преминаване през тръбна мелница (за оформяне на тръбата и размер) деформират стоманените зърна.Студеното изтегляне на тръбата върху дорника също натоварва материала, както и производствените стъпки като оформяне на края и огъване.Промените в структурата на зърната се наричат ​​дислокации.
Горните стъпки намаляват пластичността на стоманата, нейната способност да издържа на опън (разкъсване).Стоманата става крехка, което означава, че е по-вероятно да се счупи, ако продължите да работите със стоманата.Удължението е един компонент на пластичността (свиваемостта е друг).Тук е важно да се разбере, че повредата най-често възниква при опън, а не при компресия.Стоманата е доста устойчива на напрежения на опън поради сравнително високото си удължение.Стоманата обаче лесно се деформира при напрежение на натиск - тя е ковка - което е предимство.
Сравнете това с бетон, който има много висока якост на натиск, но ниска пластичност.Тези свойства са противоположни на стоманата.Ето защо бетонът, използван за пътища, сгради и тротоари, често се армира.Резултатът е продукт, който има силните страни и на двата материала: стоманата е здрава на опън, а бетонът е здрав на натиск.
По време на закаляването пластичността на стоманата намалява и нейната твърдост се увеличава.С други думи, втвърдява се.В зависимост от ситуацията това може да бъде предимство, но може да бъде и недостатък, тъй като твърдостта е равна на крехкост.Тоест, колкото по-твърда е стоманата, толкова по-малко еластична е и следователно толкова по-вероятно е да се провали.
С други думи, всяка стъпка от процеса изисква известна пластичност на тръбата.Тъй като детайлът се обработва, той става по-тежък и ако е твърде тежък, тогава по принцип е безполезен.Твърдостта е крехкост, а крехките тръби са склонни да се повредят по време на употреба.
Производителят има ли опции в този случай?Накратко, да.Тази опция е отгряване и макар да не е точно магическа, тя е толкова магическа, колкото може да бъде.
С прости думи, отгряването премахва всички ефекти от физическото въздействие върху металите.В процеса металът се нагрява до температура на освобождаване на напрежението или рекристализация, което води до отстраняване на дислокациите.По този начин процесът частично или напълно възстановява пластичността в зависимост от специфичната температура и време, използвани в процеса на отгряване.
Отгряването и контролираното охлаждане насърчават растежа на зърното.Това е от полза, ако целта е да се намали крехкостта на материала, но неконтролираното нарастване на зърната може да омекоти метала твърде много, което го прави неизползваем за предназначението му.Спирането на процеса на отгряване е друго почти магическо нещо.Закаляването при точната температура с правилния втвърдяващ агент в точното време бързо спира процеса и възстановява свойствата на стоманата.
Трябва ли да изоставим спецификациите за твърдост?не.Свойствата на твърдостта са ценни преди всичко като насока при определяне на характеристиките на стоманените тръби.Твърдостта е полезно измерване и едно от няколкото свойства, които трябва да бъдат посочени при поръчка на тръбен материал и проверени при получаване (документирано за всяка пратка).Когато тестът за твърдост се използва като стандарт за изпитване, той трябва да има подходящи стойности на скалата и контролни граници.
Това обаче не е истински тест за преминаване (приемане или отхвърляне) на материала.В допълнение към твърдостта, производителите трябва да проверяват доставките от време на време, за да определят други подходящи свойства като MYS, UTS или минимално удължение, в зависимост от приложението на тръбата.
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 стартира през 1990 г. като първото списание, посветено на производството на метални тръби.Днес той остава единствената публикация в индустрията в Северна Америка и се превърна в най-доверения източник на информация за професионалистите в тръбите.
Вече е наличен пълен цифров достъп до FABRICATOR, осигуряващ лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Вече е наличен пълен цифров достъп до The Tube & Pipe Journal, осигуряващ лесен достъп до ценни ресурси за индустрията.
Насладете се на пълен цифров достъп до STAMPING Journal, списанието за пазара на метални щампования с най-новите технологични постижения, най-добри практики и новини от индустрията.
Вече е наличен пълен достъп до дигиталното издание на The Fabricator en Español, което осигурява лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Във втората част на нашето шоу от две части с Адам Хефнър, собственик на магазин в Нешвил и основател...