Minden tesztprotokoll (Brinell, Rockwell, Vickers) rendelkezik a tesztelt objektumra jellemző eljárásokkal.A Rockwell t-teszt vékony falú csövek teszteléséhez hasznos, ha a csövet hosszában elvágja, és a csőfalat a belső átmérővel, nem pedig a külső átmérővel ellenőrzi.
A csövek rendelése olyan, mintha egy autókereskedésbe menne, és egy autót vagy teherautót rendelne.Manapság rengeteg olyan opció áll rendelkezésre, amelyek segítségével a vásárlók különféle módokon testreszabhatják az autót – belső és külső színek, díszcsomagok, külső stílusok, hajtásláncok és egy olyan audiorendszer, amely majdnem olyan jó, mint egy otthoni szórakoztató rendszer.Mindezekkel a lehetőségekkel valószínűleg nem lesz elégedett egy normál, egyszerű autóval.
Ez az acélcsövekre vonatkozik.Több ezer opcióval vagy specifikációval rendelkezik.A méretek mellett a specifikáció megemlíti a kémiai tulajdonságokat és számos mechanikai tulajdonságot, mint például a minimális folyáshatár (MYS), a végső szakítószilárdság (UTS) és a minimális nyúlás a tönkremenetelig.Az iparban azonban sokan – mérnökök, beszerzési ügynökök és gyártók – az iparág rövidítését használják, és „egyszerű” hegesztett csöveket kérnek, és csak egy jellemzőt sorolnak fel: a keménységet.
Próbáljon meg rendelni egy autót egy jellemző szerint ("Szükségem van egy autóra automata sebességváltóval"), és az eladóval nem fog messzire menni.Ki kell töltenie egy űrlapot, amely sok lehetőséget tartalmaz.Ez a helyzet az acélcsövek esetében: ahhoz, hogy egy adott alkalmazásnak megfelelő csövet kapjon, a csőgyártónak sokkal több információra van szüksége, mint a keménységről.
Hogyan vált a keménység más mechanikai tulajdonságok elfogadott helyettesítőjévé?Valószínűleg a csőgyártókkal kezdődött.Mivel a keménységvizsgálat gyors, egyszerű és viszonylag olcsó felszerelést igényel, a csőeladók gyakran használnak keménységvizsgálatot két csőtípus összehasonlítására.A keménységi teszt elvégzéséhez csak egy sima csődarabra és egy tesztberendezésre van szükségük.
A csőkeménység szorosan kapcsolódik az UTS-hez, és egy hüvelykujjszabály (százalékos vagy százalékos tartomány) hasznos a MYS becsléséhez, így könnyen belátható, hogy a keménységvizsgálat hogyan lehet megfelelő proxy más tulajdonságokhoz.
Ezen túlmenően, más tesztek viszonylag nehezek.Míg a keménységvizsgálat egyetlen gépen csak körülbelül egy percet vesz igénybe, a MYS, UTS és nyúlási tesztek minta-előkészítést és jelentős befektetést igényelnek a nagy laboratóriumi berendezésekbe.Összehasonlításképpen: a csőmaró kezelője másodpercek alatt elvégzi a keménységi próbát, míg a szakító kohász néhány óra alatt.A keménységi teszt elvégzése nem nehéz.
Ez nem jelenti azt, hogy a műszaki csőgyártók ne alkalmaznának keménységi vizsgálatokat.Nyugodtan kijelenthető, hogy a többség ezt teszi, de mivel minden tesztberendezésen értékelik a műszer ismételhetőségét és reprodukálhatóságát, jól ismerik a teszt korlátait.A legtöbben a cső keménységének értékelésére használják a gyártási folyamat részeként, de nem használják a cső tulajdonságainak számszerűsítésére.Ez csak egy sikeres/nem teljesített teszt.
Miért kell tudnom a MYS-t, az UTS-t és a minimális nyúlást?A csőszerelvény teljesítményét jelzik.
A MYS az a minimális erő, amely az anyag maradandó deformációját okozza.Ha megpróbál enyhén meghajlítani egy egyenes drótdarabot (például egy akasztót), és engedi a nyomást, két dolog egyike fog történni: visszatér eredeti állapotába (egyenes), vagy hajlítva marad.Ha még mindig egyenes, akkor még nem jutottál túl a MYS-en.Ha még mindig meg van görbülve, akkor lemaradt.
Most fogja meg a huzal mindkét végét fogóval.Ha kettétörhet egy vezetéket, akkor túljutott az UTS-en.Erősen meghúzod, és két drótdarabod van, hogy megmutassa emberfeletti erőfeszítéseit.Ha a huzal eredeti hossza 5 hüvelyk volt, és a meghibásodás utáni két hossza 6 hüvelyket tesz ki, akkor a huzal 1 hüvelykkel, azaz 20%-kal megnyúlik.A tényleges szakítószilárdsági teszteket a törésponttól számított 2 hüvelykben mérik, de nem számít, mi történik – a vonalfeszesség koncepciója illusztrálja az UTS-t.
Az acélmikroszkópos mintákat vágni, polírozni és gyengén savas oldattal (általában salétromsavval és alkohollal) kell maratni, hogy a szemcsék láthatóak legyenek.A 100-szoros nagyítást általában az acélszemcsék vizsgálatára és méretük meghatározására használják.
A keménység annak vizsgálata, hogy az anyag hogyan reagál az ütésekre.Képzelje el, hogy egy rövid csövet helyeznek egy fogazott pofákkal rendelkező satuba, és megrázzák a satu bezárásához.A cső igazítása mellett a satupofák nyomot hagynak a cső felületén.
A keménységi teszt így működik, de nem olyan durva.A teszt szabályozott ütési mérettel és szabályozott nyomással rendelkezik.Ezek az erők deformálják a felületet, bemélyedéseket vagy bemélyedéseket képezve.A horpadás mérete vagy mélysége határozza meg a fém keménységét.
Az acél értékelésénél általában Brinell, Vickers és Rockwell keménységi teszteket használnak.Mindegyiknek megvan a saját skálája, és némelyikük többféle vizsgálati módszerrel rendelkezik, mint például a Rockwell A, B, C stb. Acélcsövek esetében az ASTM A513 specifikáció a Rockwell B tesztre vonatkozik (rövidítve HRB vagy RB).A Rockwell B teszt egy 1⁄16 hüvelyk átmérőjű acélgolyó acélba való behatolási erejének különbségét méri enyhe előterhelés és 100 kgf alapterhelés között.A szabványos lágyacél tipikus eredménye a HRB 60.
Az anyagtudósok tudják, hogy a keménység lineárisan kapcsolódik az UTS-hez.Ezért a megadott keménység az UTS-t jelzi előre.Hasonlóképpen a csőgyártó is tudja, hogy a MYS és az UTS kapcsolatban állnak egymással.A hegesztett csövek esetében a MYS jellemzően 70-85% UTS.A pontos mennyiség a csőgyártási folyamattól függ.A HRB 60 keménysége UTS 60 000 font per négyzethüvelyknek (PSI) és körülbelül 80% MYS-nek felel meg, ami 48 000 PSI.
Az általános gyártásnál a cső legáltalánosabb specifikációja a maximális keménység.A mérnökök a méret mellett az ellenállás-hegesztett (ERW) csövek jó üzemi tartományon belüli specifikálásában is érdekeltek, ami a HRB 60 lehetséges maximális keménységű alkatrészrajzokat eredményezheti. Ez a döntés önmagában is számos mechanikai végtulajdonságot eredményez, beleértve magát a keménységet is.
Először is, a HRB 60 keménysége nem sokat mond.A HRB 60 leolvasás egy dimenzió nélküli szám.A HRB 59 besorolású anyagok puhábbak, mint a HRB 60 szerint teszteltek, és a HRB 61 keményebbek, mint a HRB 60, de mennyivel?Nem lehet számszerűsíteni, mint a térfogat (decibelben), a nyomaték (font lábban), a sebesség (távolságban mérve az idő függvényében) vagy az UTS (font per négyzethüvelyk).A HRB 60 olvasása nem mond semmi konkrétat.Ez anyagi tulajdonság, nem fizikai tulajdonság.Másodszor, a keménység meghatározása önmagában nem alkalmas az ismételhetőség vagy reprodukálhatóság biztosítására.Egy mintán két hely értékelése, még akkor is, ha a vizsgálati helyek közel vannak egymáshoz, gyakran nagyon eltérő keménységi értékeket eredményez.A tesztek jellege súlyosbítja ezt a problémát.Egy pozíciómérés után nem lehet második mérést végezni az eredmény ellenőrzésére.A teszt megismételhetősége nem lehetséges.
Ez nem jelenti azt, hogy a keménységmérés kényelmetlen lenne.Valójában ez egy jó útmutató az UTS-cuccokhoz, és egy gyors és egyszerű teszt.Mindazonáltal mindenkinek, aki részt vesz a csövek meghatározásában, beszerzésében és gyártásában, tisztában kell lennie a korlátaikkal, mint vizsgálati paraméterekkel.
Mivel a „szokásos” cső nincs egyértelműen meghatározva, a csőgyártók általában leszűkítik azt a két leggyakrabban használt acél- és csőtípusra, az ASTM A513:1008 és 1010 szabványban meghatározottak szerint.Az összes többi csőtípus kizárása után is nyitva maradnak e két csőtípus mechanikai tulajdonságainak lehetőségei.Valójában az ilyen típusú csövek rendelkeznek a legszélesebb mechanikai tulajdonságokkal az összes csőtípus közül.
Például egy csövet puhának tekintünk, ha a MYS alacsony és a nyúlás nagy, ami azt jelenti, hogy jobban teljesít a nyújtás, deformáció és maradandó alakváltozás tekintetében, mint a merevnek minősített cső, amelynek viszonylag magas a MYS és viszonylag kicsi a nyúlása. ..Ez hasonló a puha drót és a kemény drót, például a ruhaakasztók és a fúrók közötti különbséghez.
Maga a nyúlás egy másik olyan tényező, amely jelentős hatással van a kritikus csőalkalmazásokra.A nagy nyúlású csövek ellenállnak a nyújtásnak;Az alacsony nyúlású anyagok törékenyebbek, ezért hajlamosabbak a katasztrofális kifáradásra.A nyúlás azonban nem kapcsolódik közvetlenül az UTS-hez, amely az egyetlen mechanikai tulajdonság, amely közvetlenül kapcsolódik a keménységhez.
Miért változnak annyira a csövek mechanikai tulajdonságaik?Először is, a kémiai összetétel eltérő.Az acél vas és szén, valamint más fontos ötvözetek szilárd oldata.Az egyszerűség kedvéért csak a szén százalékával fogunk foglalkozni.A szénatomok a vasatomok egy részét helyettesítik, létrehozva az acél kristályos szerkezetét.Az ASTM 1008 egy átfogó elsődleges minőség 0% és 0,10% közötti széntartalommal.A nulla egy speciális szám, amely egyedülálló tulajdonságokat biztosít az acél ultraalacsony széntartalma mellett.Az ASTM 1010 a széntartalmat 0,08% és 0,13% között határozza meg.Ezek a különbségek nem tűnnek hatalmasnak, de elégségesek ahhoz, hogy máshol nagy különbséget érjenek el.
Másodszor, az acélcsövek hét különböző gyártási folyamatban gyárthatók vagy gyárthatók, majd feldolgozhatók.Az ASTM A513 az ERW csövek gyártásával kapcsolatban hét típust sorol fel:
Ha az acél kémiai összetétele és a csőgyártás szakaszai nem befolyásolják az acél keménységét, akkor mi van?A kérdésre adott válasz a részletek alapos tanulmányozását jelenti.Ez a kérdés két másik kérdéshez vezet: milyen részleteket és milyen közel?
Az első válasz az acélt alkotó szemcsékről szóló részletes információ.Amikor az acélt elsődleges malomban állítják elő, az nem hűl hatalmas tömeggé egy tulajdonsággal.Ahogy az acél lehűl, molekulái ismétlődő mintákat (kristályokat) képeznek, hasonlóan a hópelyhek kialakulásához.A kristályok kialakulása után szemcséknek nevezett csoportokba egyesülnek.Ahogy a szemek lehűlnek, nőnek, és az egész lapot vagy lemezt alkotják.A szemcsék növekedése leáll, amikor az utolsó acélmolekulát is elnyeli a szemcse.Mindez mikroszkopikus szinten történik, egy közepes méretű acélszemcse átmérője körülbelül 64 mikron vagy 0,0025 hüvelyk.Bár minden szem hasonló a következőhöz, nem ugyanaz.Kissé eltérnek egymástól méretben, tájolásban és széntartalomban.A szemcsék közötti határfelületeket szemcsehatároknak nevezzük.Amikor az acél meghibásodik, például a fáradási repedések miatt, hajlamos a szemcsehatárokon meghibásodni.
Milyen közelről kell nézni, hogy különálló részecskéket lássunk?Az emberi szem látásélességének 100-szoros vagy 100-szoros nagyítása elegendő.Azonban ha a nyers acélt a 100. fokozatig nézzük, az nem sokat ér.A mintákat úgy készítik elő, hogy a mintát polírozzák, és a felületet savval, általában salétromsavval és alkohollal maratják, ezt salétromsavas maratásnak nevezik.
A szemcsék és belső rácsuk határozzák meg az ütési szilárdságot, MYS-t, UTS-t és a nyúlást, amelyet az acél tönkremenetel előtt képes ellenállni.
Acélgyártási lépések, mint például a meleg és hideg szalaghengerlés, a feszültség átvitele a szemcseszerkezetre;ha folyamatosan változtatják alakjukat, ez azt jelenti, hogy a feszültség deformálta a szemcséket.Más feldolgozási lépések, mint például az acél tekercselése, letekercselés és csőmarón való áthaladás (a cső és a méret kialakításához) deformálják az acélszemcséket.A cső hideg húzása a tüskén szintén megterheli az anyagot, csakúgy, mint a gyártási lépések, például a végformázás és a hajlítás.A szemcseszerkezet változásait diszlokációnak nevezzük.
A fenti lépések kimerítik az acél hajlékonyságát, húzó- (szakadási) igénybevételnek ellenálló képességét.Az acél törékennyé válik, ami azt jelenti, hogy nagyobb valószínűséggel törik, ha tovább dolgozik az acéllal.A nyúlás a plaszticitás egyik összetevője (az összenyomhatóság a másik).Itt fontos megérteni, hogy a meghibásodás leggyakrabban feszültségben, és nem tömörítésben következik be.Az acél viszonylag nagy nyúlása miatt meglehetősen ellenálló a húzófeszültségekkel szemben.Az acél azonban nyomófeszültség hatására könnyen deformálódik – képlékeny –, ami előny.
Hasonlítsa össze ezt a betonnal, amelynek nagyon nagy a nyomószilárdsága, de alacsony a rugalmassága.Ezek a tulajdonságok ellentétesek az acéléval.Ez az oka annak, hogy az utakhoz, épületekhez és járdákhoz használt betont gyakran megerősítik.Az eredmény egy olyan termék, amely mindkét anyag szilárdságával rendelkezik: az acél húzóerős, a beton pedig erős a nyomás.
Edzés közben az acél hajlékonysága csökken, keménysége nő.Más szóval, megkeményedik.Ez helyzettől függően lehet előny, de lehet hátrány is, hiszen a keménység egyenlő a ridegséggel.Vagyis minél keményebb az acél, annál kevésbé rugalmas, és ezért annál valószínűbb, hogy meghibásodik.
Más szavakkal, a folyamat minden egyes lépése megköveteli a cső rugalmasságát.Ahogy megmunkálják az alkatrészt, nehezebbé válik, ha pedig túl nehéz, akkor elvileg használhatatlan.A keménység a ridegség, és a rideg csövek hajlamosak meghibásodásra használat közben.
Van a gyártónak lehetősége ebben az esetben?Röviden: igen.Ez az opció lágyítás, és bár nem éppen varázslatos, körülbelül annyira varázslatos, amennyire csak lehet.
Egyszerűen fogalmazva, az izzítás megszünteti a fémekre gyakorolt fizikai hatások összes hatását.A folyamat során a fémet feszültségmentesítési vagy átkristályosodási hőmérsékletre hevítik, ami a diszlokációk eltávolítását eredményezi.Így az eljárás részben vagy teljesen visszaállítja a hajlékonyságot, az izzítási folyamatban használt specifikus hőmérséklettől és időtől függően.
Az izzítás és a szabályozott hűtés elősegíti a szemek növekedését.Ez akkor előnyös, ha az anyag ridegségének csökkentése a cél, de az ellenőrizetlen szemcsenövekedés túlságosan meglágyíthatja a fémet, használhatatlanná téve a rendeltetésszerű használatot.A lágyítási folyamat leállítása egy másik, szinte varázslatos dolog.A megfelelő hőmérsékleten történő kioltás a megfelelő keményítőszerrel a megfelelő időben gyorsan leállítja a folyamatot és visszaállítja az acél tulajdonságait.
Fel kell hagynunk a keménységi előírásokkal?nem.A keménység tulajdonságai elsősorban az acélcsövek jellemzőinek meghatározásában irányadóak.A keménység hasznos mértékegység, és egyike a számos tulajdonságnak, amelyeket meg kell adni a csőszerű anyag megrendelésekor, és átvételkor ellenőrizni kell (minden szállítmányhoz dokumentálva).Ha keménységi tesztet használnak vizsgálati szabványként, annak megfelelő skálaértékekkel és ellenőrzési határértékekkel kell rendelkeznie.
Ez azonban nem az anyag sikerességének (elfogadásának vagy elutasításának) valódi próbája.A keménységen kívül a gyártóknak időnként ellenőrizniük kell a szállítmányokat, hogy meghatározzák az egyéb releváns tulajdonságokat, mint például a MYS, az UTS vagy a minimális nyúlás, a cső alkalmazásától függően.
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.
A Tube & Pipe Journal 1990-ben indult, mint az első fémcsőiparnak szentelt magazin.Ma is ez az egyetlen ipari kiadvány Észak-Amerikában, és a legmegbízhatóbb információforrássá vált a csövekkel foglalkozó szakemberek számára.
A FABRICATOR teljes digitális hozzáférése már elérhető, egyszerű hozzáférést biztosítva az értékes iparági erőforrásokhoz.
A The Tube & Pipe Journal teljes digitális hozzáférése már elérhető, egyszerű hozzáférést biztosítva az értékes iparági forrásokhoz.
Élvezze a teljes digitális hozzáférést a STAMPING Journalhoz, a fémbélyegzési piac folyóiratához, amely a legújabb technológiai fejlesztéseket, legjobb gyakorlatokat és iparági híreket tartalmazza.
Teljes hozzáférés a The Fabricator en Español digitális kiadáshoz, amely egyszerű hozzáférést biztosít az értékes iparági erőforrásokhoz.
Kétrészes műsorunk második részében Adam Heffnerrel, a nashville-i üzlet tulajdonosával és alapítójával…
Feladás időpontja: 2023. január 27