Svaki protokol testiranja (Brinell, Rockwell, Vickers) ima procedure specifične za objekt koji se testira.Rockwellov t-test je koristan za ispitivanje tankozidnih cijevi rezanjem cijevi po dužini i provjerom stijenke cijevi prema unutrašnjem prečniku, a ne prema vanjskom.
Naručivanje cijevi je poput odlaska u salon automobila i naručivanja automobila ili kamiona.Sada postoji mnoštvo dostupnih opcija koje omogućavaju kupcima da prilagode automobil na različite načine – boje unutrašnjosti i eksterijera, paketi opreme, opcije spoljašnjeg stila, izbor pogonskih agregata i audio sistem koji je skoro jednako dobar kao sistem za kućnu zabavu.Sa svim ovim opcijama, vjerovatno se nećete zadovoljiti standardnim automobilom bez dodatnih detalja.
Ovo se odnosi na čelične cijevi.Ima hiljade opcija ili specifikacija.Osim dimenzija, u specifikaciji se spominju hemijska svojstva i nekoliko mehaničkih svojstava kao što su minimalna čvrstoća tečenja (MYS), granična vlačna čvrstoća (UTS) i minimalno istezanje do loma.Međutim, mnogi u industriji – inženjeri, agenti za kupovinu i proizvođači – koriste stenografiju industrije i pozivaju na “jednostavne” zavarene cijevi i navode samo jednu karakteristiku: tvrdoću.
Pokušajte naručiti automobil prema jednoj karakteristici („Treba mi auto sa automatskim mjenjačem“), a kod prodavca nećete otići daleko.Mora da popuni formular sa puno opcija.To je slučaj sa čeličnim cijevima: da bi dobio cijev prikladnu za primjenu, proizvođač cijevi treba mnogo više informacija od tvrdoće.
Kako je tvrdoća postala prihvaćena zamjena za druga mehanička svojstva?Vjerovatno je počelo s proizvođačima cijevi.Budući da je ispitivanje tvrdoće brzo, jednostavno i zahtijeva relativno jeftinu opremu, prodavci cijevi često koriste ispitivanje tvrdoće kako bi uporedili dvije vrste cijevi.Sve što im je potrebno za ispitivanje tvrdoće je glatki komad cijevi i uređaj za ispitivanje.
Tvrdoća cijevi je usko povezana sa UTS-om i pravilo (procentualni ili postotni raspon) je korisno za procjenu MYS-a, tako da je lako vidjeti kako ispitivanje tvrdoće može biti prikladan proxy za druga svojstva.
Osim toga, drugi testovi su relativno teški.Dok ispitivanje tvrdoće traje samo oko minut na jednoj mašini, MYS, UTS i testovi izduženja zahtevaju pripremu uzorka i značajno ulaganje u veliku laboratorijsku opremu.Za usporedbu, operater mlinova cijevi završi test tvrdoće za nekoliko sekundi, dok specijalista metalurg obavi test zatezanja za nekoliko sati.Izvođenje testa tvrdoće nije teško.
To ne znači da proizvođači inženjerskih cijevi ne koriste testove tvrdoće.Može se sa sigurnošću reći da većina to radi, ali pošto procjenjuju ponovljivost instrumenata i reproduktivnost u cijeloj opremi za testiranje, dobro su svjesni ograničenja testa.Većina njih ga koristi za procjenu tvrdoće cijevi kao dio proizvodnog procesa, ali ga ne koristi za kvantificiranje svojstava cijevi.To je samo test prošao/nije položio.
Zašto moram znati MYS, UTS i minimalno izduženje?Oni ukazuju na performanse sklopa cijevi.
MYS je minimalna sila koja uzrokuje trajnu deformaciju materijala.Ako pokušate malo saviti ravan komad žice (poput vješalice) i osloboditi pritisak, dogodit će se jedna od dvije stvari: vratit će se u prvobitno stanje (ravno) ili će ostati savijen.Ako je još uvijek ravno, onda još niste preboljeli MYS.Ako je i dalje savijen, promašio si.
Sada kliještima uhvatite oba kraja žice.Ako možete prekinuti žicu na pola, prešli ste UTS.Snažno ga povučete i imate dva komada žice da pokažete svoje nadljudske napore.Ako je originalna dužina žice bila 5 inča, a dvije dužine nakon kvara zajedno iznose 6 inča, žica će se rastegnuti za 1 inč ili 20%.Stvarni testovi zatezanja se mjere unutar 2 inča od tačke loma, ali bez obzira na sve – koncept napetosti linije ilustruje UTS.
Čelični uzorci mikrosnimaka moraju se izrezati, polirati i nagrizati slabo kiselom otopinom (obično dušičnom kiselinom i alkoholom) kako bi zrna bila vidljiva.Uvećanje od 100x se obično koristi za pregled zrna čelika i određivanje njihove veličine.
Tvrdoća je test kako materijal reaguje na udar.Zamislite da se kratka dužina cijevi stavi u škripac sa nazubljenim čeljustima i protrese kako bi se steg zatvorio.Osim poravnavanja cijevi, čeljusti stege ostavljaju otisak na površini cijevi.
Ovako radi test tvrdoće, ali nije tako grub.Test ima kontroliranu veličinu udarca i kontrolirani pritisak.Ove sile deformiraju površinu, formirajući udubljenja ili udubljenja.Veličina ili dubina udubljenja određuju tvrdoću metala.
Pri ocjenjivanju čelika obično se koriste testovi tvrdoće po Brinell, Vickers i Rockwell.Svaki od njih ima svoju skalu, a neki od njih imaju višestruke metode ispitivanja kao što su Rockwell A, B, C, itd. Za čelične cijevi, ASTM A513 specifikacija se odnosi na Rockwell B test (skraćeno HRB ili RB).Rockwell test B mjeri razliku u sili prodiranja čelične kugle prečnika 1⁄16 inča u čelik između laganog predopterećenja i osnovnog opterećenja od 100 kgf.Tipičan rezultat za standardni meki čelik je HRB 60.
Naučnici za materijale znaju da tvrdoća ima linearnu vezu sa UTS.Dakle, data tvrdoća predviđa UTS.Slično, proizvođač cijevi zna da su MYS i UTS povezani.Za zavarene cijevi, MYS je tipično 70% do 85% UTS.Tačna količina ovisi o procesu proizvodnje cijevi.Tvrdoća HRB 60 odgovara UTS 60.000 funti po kvadratnom inču (PSI) i oko 80% MYS, što je 48.000 PSI.
Najčešća specifikacija cijevi za opću proizvodnju je maksimalna tvrdoća.Osim veličine, inženjeri su također zainteresirani za specificiranje cijevi otporno zavarenih (ERW) unutar dobrog radnog raspona, što može rezultirati crtežima dijelova sa mogućom maksimalnom tvrdoćom od HRB 60. Sama ova odluka rezultira nizom mehaničkih krajnjih svojstava, uključujući i samu tvrdoću.
Prvo, tvrdoća HRB 60 nam ne govori mnogo.Očitavanje HRB 60 je bezdimenzionalni broj.Materijali ocijenjeni na HRB 59 su mekši od onih testiranih na HRB 60, a HRB 61 je tvrđi od HRB 60, ali za koliko?Ne može se kvantificirati kao volumen (mjeren u decibelima), obrtni moment (mjeren u funta-stopama), brzina (mjereno u udaljenosti u odnosu na vrijeme) ili UTS (mjereno u funtama po kvadratnom inču).Čitanje HRB 60 nam ne govori ništa konkretno.To je materijalno, a ne fizičko svojstvo.Drugo, određivanje tvrdoće samo po sebi nije pogodno da bi se osigurala ponovljivost ili reproduktivnost.Procjena dva mjesta na uzorku, čak i ako su mjesta ispitivanja blizu jedno drugom, često rezultira vrlo različitim očitanjima tvrdoće.Priroda testova pogoršava ovaj problem.Nakon jednog mjerenja položaja, drugo mjerenje se ne može izvršiti za provjeru rezultata.Ponovljivost testa nije moguća.
To ne znači da je mjerenje tvrdoće nezgodno.Zapravo, ovo je dobar vodič za UTS stvari, i to je brz i lak test.Međutim, svako ko je uključen u definiciju, nabavku i proizvodnju cijevi trebao bi biti svjestan njihovih ograničenja kao parametra testiranja.
Budući da "obične" cijevi nisu jasno definirane, proizvođači cijevi ga obično sužavaju na dvije najčešće korištene vrste čelika i cijevi kako je definirano u ASTM A513:1008 i 1010 kada je to prikladno.Čak i nakon isključivanja svih drugih vrsta cijevi, mogućnosti za mehanička svojstva ova dva tipa cijevi ostaju otvorene.Zapravo, ove vrste cijevi imaju najširi raspon mehaničkih svojstava od svih vrsta cijevi.
Na primjer, cijev se smatra mekom ako je MYS nizak, a istezanje veliko, što znači da ima bolje performanse u smislu rastezanja, deformacije i trajne deformacije od cijevi opisane kao krute, koja ima relativno visok MYS i relativno nisko istezanje ..Ovo je slično razlici između meke žice i tvrde žice kao što su vješalice za odjeću i bušilice.
Samo izduženje je još jedan faktor koji ima značajan utjecaj na kritične primjene cijevi.Cijevi visokog izduženja mogu izdržati istezanje;Materijali sa malim istezanjem su krhkiji i stoga skloniji katastrofalnom kvaru zbog zamora.Međutim, istezanje nije direktno povezano sa UTS, što je jedino mehaničko svojstvo direktno povezano sa tvrdoćom.
Zašto se cijevi toliko razlikuju u svojim mehaničkim svojstvima?Prvo, hemijski sastav je drugačiji.Čelik je čvrsta otopina željeza i ugljika, kao i drugih važnih legura.Radi jednostavnosti bavit ćemo se samo procentom ugljika.Atomi ugljika zamjenjuju neke od atoma željeza, stvarajući kristalnu strukturu čelika.ASTM 1008 je sveobuhvatan primarni razred sa sadržajem ugljenika od 0% do 0,10%.Nula je poseban broj koji pruža jedinstvena svojstva uz ultra niski sadržaj ugljika u čeliku.ASTM 1010 definiše sadržaj ugljenika od 0,08% do 0,13%.Ove razlike ne izgledaju velike, ali su dovoljne da naprave veliku razliku negdje drugdje.
Drugo, čelične cijevi se mogu proizvoditi ili proizvoditi i naknadno obraditi u sedam različitih proizvodnih procesa.ASTM A513 u pogledu proizvodnje ERW cijevi navodi sedam tipova:
Ako kemijski sastav čelika i faze proizvodnje cijevi ne utječu na tvrdoću čelika, što onda?Odgovor na ovo pitanje podrazumijeva pažljivo proučavanje detalja.Ovo pitanje vodi do dva druga pitanja: koji detalji i koliko blizu?
Detaljne informacije o zrnima koja čine čelik su prvi odgovor.Kada se čelik proizvodi u primarnom mlinu, on se ne hladi u ogromnu masu sa jednim svojstvom.Kako se čelik hladi, njegovi molekuli formiraju ponavljajuće uzorke (kristale), slično kao što se formiraju pahulje.Nakon formiranja kristala, oni se spajaju u grupe koje se nazivaju zrna.Kako se zrna hlade, rastu, formirajući cijeli list ili ploču.Rast zrna prestaje kada zrno apsorbira posljednji molekul čelika.Sve se to dešava na mikroskopskom nivou, sa zrnom čelika srednje veličine prečnika oko 64 mikrona ili 0,0025 inča.Iako je svako zrno slično sljedećem, ono nije isto.Oni se malo razlikuju jedni od drugih po veličini, orijentaciji i sadržaju ugljika.Interfejs između zrna se nazivaju granice zrna.Kada čelik pokvari, na primjer zbog pukotina od zamora, on ima tendenciju kvara na granicama zrna.
Koliko blizu morate pogledati da biste vidjeli različite čestice?Dovoljno je povećanje od 100 ili 100 puta od vidne oštrine ljudskog oka.Međutim, jednostavno gledanje sirovog čelika na 100. potenciju ne čini mnogo.Uzorci se pripremaju poliranjem uzorka i nagrizanjem površine kiselinom, obično dušičnom kiselinom i alkoholom, što se naziva jetkanjem dušičnom kiselinom.
Zrna i njihova unutrašnja rešetka određuju udarnu čvrstoću, MYS, UTS i izduženje koje čelik može izdržati prije loma.
Koraci proizvodnje čelika kao što su vruće i hladno valjanje trake prenose napon na strukturu zrna;ako stalno mijenjaju oblik, to znači da je naprezanje deformisalo zrna.Drugi koraci obrade kao što je namotavanje čelika u kolutove, odmotavanje i prolazak kroz mlin za cijevi (da se formira cijev i veličina) deformiraju zrna čelika.Hladno izvlačenje cijevi na trnu također opterećuje materijal, kao i koraci proizvodnje kao što su oblikovanje kraja i savijanje.Promjene u strukturi zrna nazivaju se dislokacije.
Gore navedeni koraci smanjuju duktilnost čelika, njegovu sposobnost da izdrži vlačna naprezanja (kidanje).Čelik postaje krt, što znači da je veća vjerovatnoća da će se slomiti ako nastavite raditi sa čelikom.Izduženje je jedna komponenta plastičnosti (kompresibilnost je druga).Ovdje je važno shvatiti da do kvara najčešće dolazi u napetosti, a ne u kompresiji.Čelik je prilično otporan na vlačna naprezanja zbog svog relativno velikog istezanja.Međutim, čelik se lako deformiše pod pritiskom - savitljiv je - što je prednost.
Uporedite ovo sa betonom koji ima veoma visoku čvrstoću na pritisak, ali nisku duktilnost.Ova svojstva su suprotna od čelika.Zbog toga se beton koji se koristi za ceste, zgrade i trotoare često armira.Rezultat je proizvod koji ima snagu oba materijala: čelik je jak na zatezanje, a beton jak na kompresiju.
Tokom kaljenja, duktilnost čelika se smanjuje, a njegova tvrdoća se povećava.Drugim riječima, stvrdne.Ovisno o situaciji, ovo može biti prednost, ali može biti i nedostatak, jer je tvrdoća jednaka lomljivosti.Odnosno, što je čelik tvrđi, to je manje elastičan i stoga je veća vjerovatnoća da će otkazati.
Drugim riječima, svaki korak procesa zahtijeva određenu duktilnost cijevi.Kako se dio obrađuje, postaje teži, a ako je pretežak, onda je u principu beskorisan.Tvrdoća je lomljivost, a lomljive cijevi su sklone kvaru tokom upotrebe.
Ima li proizvođač opcija u ovom slučaju?Ukratko, da.Ova opcija je žarenje, i iako nije baš magična, magična je koliko može biti.
Jednostavno rečeno, žarenje uklanja sve efekte fizičkog utjecaja na metale.U procesu se metal zagrijava do temperature rasterećenja ili rekristalizacije, što rezultira uklanjanjem dislokacija.Tako se procesom djelomično ili potpuno vraća duktilnost, ovisno o specifičnoj temperaturi i vremenu korištenom u procesu žarenja.
Žarenje i kontrolisano hlađenje pospešuju rast zrna.Ovo je korisno ako je cilj smanjiti lomljivost materijala, ali nekontrolirani rast zrna može previše omekšati metal, čineći ga neupotrebljivim za namjeravanu upotrebu.Zaustavljanje procesa žarenja je još jedna gotovo magična stvar.Kaljenje na pravoj temperaturi s pravim sredstvom za učvršćivanje u pravo vrijeme brzo zaustavlja proces i vraća svojstva čelika.
Trebamo li napustiti specifikacije tvrdoće?br.Svojstva tvrdoće su vrijedna, prije svega, kao smjernica pri određivanju karakteristika čeličnih cijevi.Tvrdoća je korisna mjera i jedno od nekoliko svojstava koje treba navesti prilikom naručivanja cijevastog materijala i provjeriti po prijemu (dokumentirano za svaku pošiljku).Kada se test tvrdoće koristi kao standard za ispitivanje, on mora imati odgovarajuće vrijednosti skale i kontrolne granice.
Međutim, ovo nije pravi test prolaznosti (prihvatanja ili odbijanja) materijala.Osim tvrdoće, proizvođači bi trebali s vremena na vrijeme provjeravati pošiljke kako bi odredili druga relevantna svojstva kao što su MYS, UTS ili minimalno izduženje, ovisno o primjeni cijevi.
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 pokrenut 1990. godine kao prvi časopis posvećen industriji metalnih cijevi.Danas ostaje jedina publikacija u industriji u Sjevernoj Americi i postala je izvor informacija od najvećeg povjerenja za profesionalce u cijevima.
Potpun digitalni pristup FABRICATOR-u je sada dostupan, pružajući lak pristup vrijednim industrijskim resursima.
Potpun digitalni pristup časopisu The Tube & Pipe Journal je sada dostupan, pružajući lak pristup vrijednim industrijskim resursima.
Uživajte u potpunom digitalnom pristupu STAMPING Journalu, časopisu o tržištu metalnih štancanja s najnovijim tehnološkim dostignućima, najboljim praksama i vijestima iz industrije.
Potpuni pristup digitalnom izdanju The Fabricator en Español sada je dostupan, pružajući lak pristup vrijednim industrijskim resursima.
U drugom dijelu naše dvodijelne emisije s Adamom Heffnerom, vlasnikom i osnivačem trgovine u Nashvilleu…
Vrijeme objave: Jan-27-2023