Každý testovací protokol (Brinell, Rockwell, Vickers) má postupy specifické pro testovaný objekt.Rockwellův t-test je užitečný pro testování tenkostěnných trubek tak, že trubku podélně rozříznete a zkontrolujete její vnitřní průměr spíše než vnější průměr.
Objednávání dýmek je trochu jako jít do autobazaru a objednat si auto nebo nákladní auto.Nyní je k dispozici nepřeberné množství možností, které kupujícím umožňují přizpůsobit si vůz různými způsoby – barvy interiéru a exteriéru, pakety obložení, možnosti vnějšího stylu, výběr pohonných jednotek a audio systém, který je téměř stejně dobrý jako systém domácí zábavy.Se všemi těmito možnostmi se pravděpodobně nespokojíte se standardním nefalšovaným autem.
To platí pro ocelové trubky.Má tisíce možností nebo specifikací.Kromě rozměrů specifikace uvádí chemické vlastnosti a několik mechanických vlastností, jako je minimální mez kluzu (MYS), mez pevnosti v tahu (UTS) a minimální prodloužení do porušení.Mnozí v tomto odvětví – inženýři, nákupčí a výrobci – však používají průmyslovou zkratku a volají po „jednoduchých“ svařovaných trubkách a uvádějí pouze jednu charakteristiku: tvrdost.
Zkuste si objednat auto podle jedné charakteristiky („Potřebuji auto s automatickou převodovkou“) a s prodejcem daleko nedojdete.Musí vyplnit formulář se spoustou možností.To je případ ocelových trubek: k získání trubky vhodné pro danou aplikaci potřebuje výrobce trubek mnohem více informací než tvrdost.
Jak se tvrdost stala uznávanou náhradou za jiné mechanické vlastnosti?Začalo to asi u výrobců trubek.Protože testování tvrdosti je rychlé, snadné a vyžaduje relativně levné vybavení, prodejci trubek často používají testování tvrdosti k porovnání dvou typů trubek.Vše, co potřebují k provedení zkoušky tvrdosti, je hladký kus trubky a zkušební zařízení.
Tvrdost potrubí úzce souvisí s UTS a orientační pravidlo (procento nebo procentuální rozsah) je užitečné pro odhad MYS, takže je snadné vidět, jak může být testování tvrdosti vhodnou náhradou pro jiné vlastnosti.
Navíc další testy jsou poměrně těžké.Zatímco testování tvrdosti trvá na jediném stroji jen asi minutu, testy MYS, UTS a prodloužení vyžadují přípravu vzorku a značné investice do velkého laboratorního vybavení.Pro srovnání, operátor válcovny trub dokončí zkoušku tvrdosti během několika sekund, zatímco specializovaný metalurg provede zkoušku tahem za několik hodin.Provedení zkoušky tvrdosti není obtížné.
To neznamená, že výrobci trubek nepoužívají zkoušky tvrdosti.Dá se s jistotou říci, že to dělá většina, ale protože hodnotí opakovatelnost a reprodukovatelnost přístroje napříč všemi testovacími zařízeními, jsou si dobře vědomi omezení testu.Většina z nich jej používá k hodnocení tvrdosti trubky v rámci výrobního procesu, ale nepoužívá ji ke kvantifikaci vlastností trubky.Je to jen test vyhovuje/nevyhovuje.
Proč potřebuji znát MYS, UTS a minimální prodloužení?Označují výkon sestavy trubek.
MYS je minimální síla, která způsobí trvalou deformaci materiálu.Pokud se pokusíte mírně ohnout rovný kus drátu (jako ramínko) a uvolnit tlak, stane se jedna ze dvou věcí: vrátí se do původního stavu (rovný) nebo zůstane ohnutý.Pokud je to stále rovné, tak jste se ještě nedostali přes MYS.Pokud je stále ohnutý, minuli jste.
Nyní uchopte oba konce drátu kleštěmi.Pokud dokážete přerušit drát na polovinu, překonali jste UTS.Silně zatáhnete a máte dva kusy drátu, abyste ukázali své nadlidské úsilí.Pokud byla původní délka drátu 5 palců a dvě délky po selhání součet 6 palců, drát se natáhne o 1 palec neboli 20 %.Skutečné tahové zkoušky jsou měřeny do 2 palců od bodu zlomu, ale bez ohledu na to – koncept napětí vlasce ilustruje UTS.
Ocelové mikrofotografie musí být řezány, leštěny a leptány slabě kyselým roztokem (obvykle kyselinou dusičnou a alkoholem), aby byla zrna viditelná.100x zvětšení se běžně používá ke kontrole ocelových zrn a určení jejich velikosti.
Tvrdost je test, jak materiál reaguje na náraz.Představte si, že krátká délka hadičky je umístěna do svěráku s vroubkovanými čelistmi a zatřesením se svěrák uzavře.Kromě vyrovnání trubky zanechávají čelisti svěráku otisk na povrchu trubky.
Takto funguje zkouška tvrdosti, ale není tak hrubá.Test má kontrolovanou velikost nárazu a kontrolovaný tlak.Tyto síly deformují povrch a vytvářejí prohlubně nebo prohlubně.Velikost nebo hloubka promáčknutí určuje tvrdost kovu.
Při hodnocení oceli se běžně používají zkoušky tvrdosti podle Brinella, Vickerse a Rockwella.Každý z nich má svou vlastní stupnici a některé z nich mají více testovacích metod, jako je Rockwell A, B, C atd. U ocelových trubek odkazuje specifikace ASTM A513 na test Rockwell B (zkráceně HRB nebo RB).Rockwell Test B měří rozdíl v penetrační síle ocelové kuličky o průměru 1⁄16 palce do oceli mezi lehkým předpětím a základním zatížením 100 kgf.Typickým výsledkem pro standardní měkkou ocel je HRB 60.
Materiáloví vědci vědí, že tvrdost má lineární vztah s UTS.Proto daná tvrdost předpovídá UTS.Podobně výrobce potrubí ví, že MYS a UTS spolu souvisí.U svařovaných trubek je MYS obvykle 70 % až 85 % UTS.Přesné množství závisí na procesu výroby trubek.Tvrdost HRB 60 odpovídá UTS 60 000 liber na čtvereční palec (PSI) a přibližně 80 % MYS, což je 48 000 PSI.
Nejběžnější specifikací trubek pro běžnou výrobu je maximální tvrdost.Kromě velikosti se technici zajímají také o specifikaci odporově svařovaných (ERW) trubek v dobrém provozním rozsahu, což může vést k výkresům dílů s možnou maximální tvrdostí HRB 60. Toto rozhodnutí samo o sobě má za následek řadu mechanických koncových vlastností, včetně samotné tvrdosti.
Za prvé, tvrdost HRB 60 nám mnoho neříká.Hodnota HRB 60 je bezrozměrné číslo.Materiály s hodnocením HRB 59 jsou měkčí než materiály testované na HRB 60 a HRB 61 je tvrdší než HRB 60, ale o kolik?Nelze jej kvantifikovat jako objem (měřeno v decibelech), točivý moment (měřeno v librách-stopách), rychlost (měřeno jako vzdálenost v závislosti na čase) nebo UTS (měřeno v librách na čtvereční palec).Čtení HRB 60 nám nic konkrétního neřekne.Je to materiální vlastnost, nikoli fyzická vlastnost.Za druhé, stanovení tvrdosti samo o sobě není vhodné k zajištění opakovatelnosti nebo reprodukovatelnosti.Vyhodnocení dvou míst na vzorku, i když jsou testovací místa blízko u sebe, často vede k velmi rozdílným hodnotám tvrdosti.Povaha testů tento problém prohlubuje.Po měření jedné polohy nelze provést druhé měření pro kontrolu výsledku.Opakovatelnost testu není možná.
To neznamená, že měření tvrdosti je nepohodlné.Ve skutečnosti je to dobrý průvodce věcmi UTS a je to rychlý a snadný test.Každý, kdo je zapojen do definice, nákupu a výroby trubek, by si však měl být vědom jejich omezení jakožto testovacího parametru.
Protože „běžná“ trubka není jasně definována, výrobci trubek ji obvykle zužují na dva nejběžněji používané typy oceli a trubky, jak jsou definovány v ASTM A513:1008 a 1010, pokud je to vhodné.I po vyloučení všech ostatních typů trubek zůstávají možnosti mechanických vlastností těchto dvou typů trubek otevřené.Tyto typy trubek mají ve skutečnosti nejširší rozsah mechanických vlastností ze všech typů trubek.
Například trubka je považována za měkkou, pokud je MYS nízká a prodloužení je vysoké, což znamená, že funguje lépe, pokud jde o roztažení, deformaci a trvalou deformaci, než trubka popisovaná jako tuhá, která má relativně vysoké MYS a relativně nízké prodloužení. ..Je to podobné jako rozdíl mezi měkkým drátem a tvrdým drátem, jako jsou ramínka na šaty a vrtačky.
Samotné prodloužení je dalším faktorem, který má významný dopad na kritické potrubní aplikace.Trubky s vysokou průtažností vydrží natahování;materiály s nízkou tažností jsou křehčí, a proto náchylnější ke katastrofálnímu únavovému selhání.Tažnost však přímo nesouvisí s UTS, což je jediná mechanická vlastnost přímo související s tvrdostí.
Proč se trubky tak liší svými mechanickými vlastnostmi?Za prvé, chemické složení je odlišné.Ocel je pevný roztok železa a uhlíku, stejně jako dalších důležitých slitin.Pro jednoduchost se budeme zabývat pouze procentem uhlíku.Atomy uhlíku nahrazují některé atomy železa a vytvářejí krystalickou strukturu oceli.ASTM 1008 je komplexní primární třída s obsahem uhlíku od 0 % do 0,10 %.Nula je speciální číslo, které poskytuje jedinečné vlastnosti při ultra nízkém obsahu uhlíku v oceli.ASTM 1010 definuje obsah uhlíku od 0,08 % do 0,13 %.Tyto rozdíly se nezdají být obrovské, ale jsou dostačující k tomu, aby byly velké rozdíly jinde.
Za druhé, ocelové trubky lze vyrábět nebo vyrábět a následně zpracovávat v sedmi různých výrobních procesech.ASTM A513 týkající se výroby trubek ERW uvádí sedm typů:
Pokud chemické složení oceli a fáze výroby trubek neovlivňují tvrdost oceli, co pak?Odpověď na tuto otázku znamená pečlivé prostudování detailů.Tato otázka vede ke dvěma dalším otázkám: jaké podrobnosti a jak blízko?
Podrobné informace o zrnech tvořících ocel jsou první odpovědí.Když se ocel vyrábí v primární válcovně, neochlazuje se do obrovské hmoty s jednou vlastností.Jak ocel chladne, její molekuly tvoří opakující se vzory (krystaly), podobně jako se tvoří sněhové vločky.Po vytvoření krystalů se spojují do skupin nazývaných zrna.Jak se zrna ochlazují, rostou a tvoří celý list nebo desku.Růst zrn se zastaví, když je zrnem absorbována poslední molekula oceli.To vše se děje na mikroskopické úrovni, přičemž středně velké ocelové zrno má průměr asi 64 mikronů nebo 0,0025 palce.I když je každé zrnko podobné druhému, nejsou stejné.Mírně se od sebe liší velikostí, orientací a obsahem uhlíku.Rozhraní mezi zrny se nazývají hranice zrn.Když ocel selže, například kvůli únavovým trhlinám, má tendenci selhat na hranicích zrn.
Jak blízko se musíte podívat, abyste viděli odlišné částice?Postačuje zvětšení 100x nebo 100x oproti zrakové ostrosti lidského oka.Pouhý pohled na surovou ocel na 100. mocninu však mnoho nenadělá.Vzorky se připravují leštěním vzorku a leptáním povrchu kyselinou, obvykle kyselinou dusičnou a alkoholem, čemuž se říká leptání kyselinou dusičnou.
Jsou to zrna a jejich vnitřní mřížka, které určují rázovou houževnatost, MYS, UTS a prodloužení, které ocel vydrží před porušením.
Kroky výroby oceli, jako je válcování pásu za tepla a za studena, přenášejí napětí na strukturu zrna;pokud neustále mění tvar, znamená to, že napětí deformovalo zrna.Další kroky zpracování, jako je navíjení oceli do svitků, odvíjení a průchod trubkovým mlýnem (k vytvoření trubky a velikosti) deformují ocelová zrna.Tažení trubky za studena na trnu také namáhá materiál, stejně jako výrobní kroky, jako je tvarování konců a ohýbání.Změny ve struktuře zrn se nazývají dislokace.
Výše uvedené kroky vyčerpávají tažnost oceli, její schopnost odolávat tahovému (trhacímu) namáhání.Ocel se stává křehkou, což znamená, že je pravděpodobnější, že se zlomí, pokud budete s ocelí dále pracovat.Tažnost je jednou složkou plasticity (stlačitelnost je další).Zde je důležité pochopit, že k selhání nejčastěji dochází v tahu, nikoli v tlaku.Ocel je poměrně odolná vůči namáhání v tahu díky své relativně vysoké tažnosti.Ocel se však pod tlakovým napětím snadno deformuje – je tvárná – což je výhoda.
Porovnejte to s betonem, který má velmi vysokou pevnost v tlaku, ale nízkou tažnost.Tyto vlastnosti jsou opačné než u oceli.To je důvod, proč se beton používaný na silnice, budovy a chodníky často vyztužuje.Výsledkem je produkt, který má pevnost obou materiálů: ocel je pevná v tahu a beton je pevný v tlaku.
Během kalení se tažnost oceli snižuje a její tvrdost se zvyšuje.Jinými slovy, přitvrzuje.V závislosti na situaci to může být výhoda, ale také nevýhoda, protože tvrdost se rovná křehkosti.To znamená, že čím je ocel tvrdší, tím je méně pružná, a proto je pravděpodobnější, že selže.
Jinými slovy, každý krok procesu vyžaduje určitou tažnost potrubí.Jak se díl zpracovává, tak se stává těžším, a pokud je příliš těžký, tak je v zásadě k ničemu.Tvrdost je křehkost a křehké trubky jsou náchylné k selhání během používání.
Má výrobce v tomto případě nějaké možnosti?Zkrátka ano.Tato možnost je žíhání, a i když není zrovna magická, je asi tak magická, jak jen může být.
Jednoduše řečeno, žíhání odstraňuje všechny účinky fyzického dopadu na kovy.Při tomto procesu se kov zahřeje na teplotu uvolnění pnutí nebo rekrystalizaci, což má za následek odstranění dislokací.Proces tedy částečně nebo úplně obnovuje tažnost v závislosti na konkrétní teplotě a době použité v procesu žíhání.
Žíhání a řízené chlazení podporují růst zrna.To je výhodné, pokud je cílem snížit křehkost materiálu, ale nekontrolovaný růst zrn může kov příliš změkčit a učinit jej nepoužitelným pro zamýšlené použití.Zastavení procesu žíhání je další téměř magická věc.Kalení při správné teplotě správným kalicím činidlem ve správný čas rychle zastaví proces a obnoví vlastnosti oceli.
Měli bychom opustit specifikace tvrdosti?Ne.Vlastnosti tvrdosti jsou cenné především jako vodítko při určování charakteristik ocelových trubek.Tvrdost je užitečné měření a jedna z několika vlastností, které by měly být specifikovány při objednávání trubicového materiálu a zkontrolovány při příjmu (dokumentováno pro každou zásilku).Pokud se jako zkušební standard použije zkouška tvrdosti, musí mít odpovídající hodnoty stupnice a kontrolní meze.
Nejedná se však o skutečný test absolvování (přijetí nebo odmítnutí) materiálu.Kromě tvrdosti by měli výrobci čas od času zkontrolovat zásilky, aby zjistili další relevantní vlastnosti, jako je MYS, UTS nebo minimální prodloužení, v závislosti na aplikaci potrubí.
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 byl zahájen v roce 1990 jako první časopis věnovaný průmyslu kovových trubek.Dnes zůstává jedinou průmyslovou publikací v Severní Americe a stala se nejdůvěryhodnějším zdrojem informací pro odborníky na hadičky.
Nyní je k dispozici plný digitální přístup k FABRICATOR, který poskytuje snadný přístup k cenným průmyslovým zdrojům.
Nyní je k dispozici plně digitální přístup k The Tube & Pipe Journal, který poskytuje snadný přístup k cenným průmyslovým zdrojům.
Užijte si plný digitální přístup k STAMPING Journal, časopisu o trhu s lisováním kovů s nejnovějšími technologickými pokroky, osvědčenými postupy a novinkami v oboru.
Nyní je k dispozici plný přístup k digitální edici The Fabricator en Español, která poskytuje snadný přístup k cenným průmyslovým zdrojům.
Ve druhé části naší dvoudílné show s Adamem Heffnerem, majitelem obchodu v Nashvillu a zakladatelem…
Čas odeslání: 27. ledna 2023