Jokaisella testiprotokollalla (Brinell, Rockwell, Vickers) on testattavalle objektille ominaisia proseduureja.Rockwellin t-testi on hyödyllinen ohutseinäisten putkien testaamiseen leikkaamalla putki pituussuunnassa ja tarkistamalla putken seinämän sisähalkaisija ulkohalkaisijan sijaan.
Putkien tilaaminen on vähän kuin autoliikkeeseen menemistä ja auton tai kuorma-auton tilaamista.Saatavilla on nyt lukuisia vaihtoehtoja, joiden avulla ostajat voivat räätälöidä autoa monin eri tavoin – sisä- ja ulkovärejä, sisustuspaketteja, ulkomuotovaihtoehtoja, voimansiirtovaihtoehtoja ja äänijärjestelmää, joka on lähes yhtä hyvä kuin kodin viihdejärjestelmä.Kaikilla näillä vaihtoehdoilla et todennäköisesti ole tyytyväinen tavalliseen yksinkertaiseen autoon.
Tämä koskee teräsputkia.Siinä on tuhansia vaihtoehtoja tai määrityksiä.Mittojen lisäksi spesifikaatiossa mainitaan kemialliset ominaisuudet ja useat mekaaniset ominaisuudet, kuten minimimyötölujuus (MYS), murtolujuus (UTS) ja pienin murtovenymä.Kuitenkin monet alalla – insinöörit, ostoagentit ja valmistajat – käyttävät alan lyhennettä ja vaativat "yksinkertaisia" hitsattuja putkia ja luettelevat vain yhden ominaisuuden: kovuuden.
Yritä tilata auto yhden ominaisuuden mukaan ("Tarvitsen auton automaattivaihteistolla"), ja myyjän kanssa et mene pitkälle.Hänen on täytettävä lomake, jossa on paljon vaihtoehtoja.Näin on teräsputkien kohdalla: saadakseen käyttötarkoitukseen sopivan putken putkenvalmistaja tarvitsee paljon enemmän tietoa kuin kovuutta.
Miten kovuudesta tuli hyväksytty korvike muille mekaanisille ominaisuuksille?Se alkoi luultavasti putkien valmistajista.Koska kovuustestaus on nopeaa, helppoa ja vaatii suhteellisen edullisia laitteita, putkien myyjät käyttävät usein kovuustestausta kahdentyyppisten putkien vertailuun.Kovuustestin suorittamiseen tarvitaan vain sileä putkenpala ja testilaite.
Putken kovuus liittyy läheisesti UTS:ään, ja nyrkkisääntö (prosentti tai prosenttialue) on hyödyllinen MYS:n arvioinnissa, joten on helppo nähdä, kuinka kovuustestaus voi olla sopiva välityspalvelin muille ominaisuuksille.
Lisäksi muut testit ovat suhteellisen vaikeita.Vaikka kovuustestaus kestää yhdellä koneella vain noin minuutin, MYS-, UTS- ja venymätestit vaativat näytteen valmistelua ja merkittäviä investointeja suuriin laboratoriolaitteisiin.Vertailun vuoksi putkitehtaan käyttäjä suorittaa kovuustestin sekunneissa, kun taas erikoismetallurgi suorittaa vetotestin muutamassa tunnissa.Kovuustestin suorittaminen ei ole vaikeaa.
Tämä ei tarkoita, että putkien valmistajat eivät käytä kovuustestejä.On turvallista sanoa, että suurin osa tekee tämän, mutta koska he arvioivat instrumenttien toistettavuutta ja toistettavuutta kaikissa testilaitteissa, he ovat hyvin tietoisia testin rajoituksista.Useimmat heistä käyttävät sitä arvioidakseen putken kovuutta osana valmistusprosessia, mutta eivät käytä sitä putken ominaisuuksien kvantifiointiin.Se on vain hyväksytty/hylätty testi.
Miksi minun on tiedettävä MYS, UTS ja vähimmäisvenymä?Ne osoittavat putkikokoonpanon suorituskyvyn.
MYS on pienin voima, joka aiheuttaa materiaalin pysyvän muodonmuutoksen.Jos yrität taivuttaa hieman suoraa langanpalaa (kuten ripustin) ja vapauttaa painetta, tapahtuu toinen kahdesta asiasta: se palaa alkuperäiseen tilaansa (suoraan) tai pysyy taivutettuna.Jos se on edelleen suora, et ole vielä päässyt yli MYS:stä.Jos se on edelleen vääntynyt, olet ohittanut.
Tartu nyt langan molemmista päistä pihdeillä.Jos pystyt katkaisemaan johdon kahtia, olet päässyt UTS:n ohi.Vedät sitä kovaa ja sinulla on kaksi langanpalaa osoittamaan yli-inhimillisiä ponnistelujasi.Jos langan alkuperäinen pituus oli 5 tuumaa ja kaksi pituutta epäonnistumisen jälkeen ovat yhteensä 6 tuumaa, lanka venyy 1 tuumaa eli 20 %.Todelliset vetokokeet mitataan 2 tuuman sisällä murtopisteestä, mutta riippumatta siitä, mitä – linjan jännityskonsepti kuvaa UTS:ää.
Teräsmikrokuvanäytteet on leikattava, kiillotettava ja syövytettävä heikosti happamalla liuoksella (yleensä typpihapolla ja alkoholilla), jotta rakeet tulevat näkyviin.100-kertaista suurennusta käytetään yleisesti teräsrakeiden tarkastamiseen ja niiden koon määrittämiseen.
Kovuus on testi siitä, kuinka materiaali reagoi iskuihin.Kuvittele, että lyhyt letku asetetaan ruuvipuristimeen, jossa on sahalaitaiset leuat, ja sitä ravistellaan ruuvipuristimen sulkemiseksi.Putken kohdistamisen lisäksi ruuvipuristinleuat jättävät jäljen putken pintaan.
Näin kovuustesti toimii, mutta se ei ole niin karkea.Testissä on kontrolloitu iskun koko ja kontrolloitu paine.Nämä voimat muuttavat pintaa muodostaen syvennyksiä tai painaumia.Kolon koko tai syvyys määrää metallin kovuuden.
Teräksen arvioinnissa käytetään yleisesti Brinell-, Vickers- ja Rockwell-kovuustestejä.Jokaisella on oma asteikkonsa, ja joissakin niistä on useita testausmenetelmiä, kuten Rockwell A, B, C jne. Teräsputkien ASTM A513 -spesifikaatio viittaa Rockwell B -testiin (lyhennettynä HRB tai RB).Rockwell Test B mittaa halkaisijaltaan 1⁄16 tuuman teräspallon tunkeutumisvoiman eron teräkseen kevyen esikuormituksen ja 100 kgf:n peruskuorman välillä.Tyypillinen tulos tavalliselle pehmeälle teräkselle on HRB 60.
Materiaalitutkijat tietävät, että kovuudella on lineaarinen suhde UTS:ään.Siksi annettu kovuus ennustaa UTS:n.Samoin putken valmistaja tietää, että MYS ja UTS liittyvät toisiinsa.Hitsatuissa putkissa MYS on tyypillisesti 70–85 % UTS.Tarkka määrä riippuu putken valmistusprosessista.HRB 60:n kovuus vastaa UTS 60 000 paunaa neliötuumalla (PSI) ja noin 80 % MYS:ää, joka on 48 000 PSI.
Yleisin putkispesifikaatio yleisessä tuotannossa on maksimikovuus.Koon lisäksi insinöörejä kiinnostaa myös vastushitsattujen (ERW) putkien määrittäminen hyvälle käyttöalueelle, mikä voi johtaa osapiirustuksiin, joiden mahdollinen maksimikovuus on HRB 60. Pelkästään tämä päätös johtaa useisiin mekaanisiin pääteominaisuuksiin, mukaan lukien itse kovuus.
Ensinnäkin HRB 60:n kovuus ei kerro meille paljon.HRB 60 -lukema on mittaamaton luku.Materiaalit, joiden luokitus on HRB 59, ovat pehmeämpiä kuin HRB 60:lla testatut, ja HRB 61 on kovempaa kuin HRB 60, mutta kuinka paljon?Sitä ei voida mitata kuten tilavuus (mitataan desibeleinä), vääntömomentti (mitataan paunajalkaina), nopeus (mitattuna matkana ajan funktiona) tai UTS (mitataan paunaina neliötuumaa kohti).HRB 60:n lukeminen ei kerro meille mitään erityistä.Se on aineellinen ominaisuus, ei fyysinen ominaisuus.Toiseksi kovuuden määrittäminen sellaisenaan ei sovellu hyvin toistettavuuden tai toistettavuuden varmistamiseen.Kahden kohdan arviointi näytteessä, vaikka testipaikat ovatkin lähellä toisiaan, johtaa usein hyvin erilaisiin kovuuslukemiin.Testien luonne pahentaa tätä ongelmaa.Yhden paikanmittauksen jälkeen ei voida tehdä toista mittausta tuloksen tarkistamiseksi.Testin toistettavuus ei ole mahdollista.
Tämä ei tarkoita, että kovuuden mittaaminen olisi hankalaa.Itse asiassa tämä on hyvä opas UTS-juttuihin, ja se on nopea ja helppo testi.Jokaisen, joka osallistuu putkien määrittelyyn, hankintaan ja valmistukseen, tulisi kuitenkin olla tietoinen niiden rajoituksista testiparametrina.
Koska "tavallista" putkea ei ole määritelty selkeästi, putkien valmistajat tyypillisesti rajoittavat sen kahteen yleisimmin käytettyyn teräs- ja putkeen, jotka on määritelty standardeissa ASTM A513:1008 ja 1010 tarvittaessa.Vaikka kaikki muut putkityypit suljettaisiin pois, näiden kahden putkityypin mekaanisten ominaisuuksien mahdollisuudet pysyvät avoimina.Itse asiassa tämäntyyppisillä putkilla on laajin valikoima mekaanisia ominaisuuksia kaikista putkityypeistä.
Esimerkiksi putkea pidetään pehmeänä, jos MYS on pieni ja venymä suuri, mikä tarkoittaa, että se toimii paremmin venytyksen, muodonmuutoksen ja pysyvän muodonmuutoksen suhteen kuin jäykiksi kuvattu putki, jolla on suhteellisen korkea MYS ja suhteellisen pieni venymä. ..Tämä on samanlainen kuin ero pehmeän ja kovan langan, kuten vaateripustimet ja porat, välillä.
Venymä itsessään on toinen tekijä, jolla on merkittävä vaikutus kriittisiin putkisovelluksiin.Korkean venymän putket kestävät venytystä;vähän venyvät materiaalit ovat hauraampia ja siksi alttiimpia katastrofaalisille väsymisvaurioille.Venymä ei kuitenkaan liity suoraan UTS:ään, joka on ainoa mekaaninen ominaisuus, joka liittyy suoraan kovuuteen.
Miksi putkien mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat niin paljon?Ensinnäkin kemiallinen koostumus on erilainen.Teräs on raudan ja hiilen sekä muiden tärkeiden metalliseosten kiinteä liuos.Yksinkertaisuuden vuoksi käsittelemme vain hiilen prosenttiosuutta.Hiiliatomit korvaavat osan rautaatomeista luoden teräksen kiteisen rakenteen.ASTM 1008 on kattava peruslaatu, jonka hiilipitoisuus on 0–0,10 %.Zero on erikoisnumero, joka tarjoaa ainutlaatuisia ominaisuuksia teräksen erittäin alhaisella hiilipitoisuudella.ASTM 1010 määrittelee hiilipitoisuuden välillä 0,08 % - 0,13 %.Nämä erot eivät vaikuta suurilta, mutta ne riittävät tekemään suuren eron muualla.
Toiseksi teräsputkia voidaan valmistaa tai valmistaa ja sen jälkeen prosessoida seitsemässä eri valmistusprosessissa.ASTM A513 koskien ERW-putkien tuotantoa listaa seitsemän tyyppiä:
Jos teräksen kemiallinen koostumus ja putkenvalmistuksen vaiheet eivät vaikuta teräksen kovuuteen, niin mitä?Vastaus tähän kysymykseen tarkoittaa yksityiskohtien huolellista tutkimista.Tämä kysymys johtaa kahteen muuhun kysymykseen: mitä yksityiskohtia ja kuinka lähellä?
Yksityiskohtaiset tiedot teräksen muodostavista rakeista on ensimmäinen vastaus.Kun terästä valmistetaan primääritehtaassa, se ei jäähdy valtavaksi massaksi yhdellä ominaisuudella.Teräksen jäähtyessä sen molekyylit muodostavat toistuvia kuvioita (kiteitä), jotka ovat samanlaisia kuin lumihiutaleet.Kiteiden muodostumisen jälkeen ne yhdistetään ryhmiksi, joita kutsutaan rakeiksi.Kun jyvät jäähtyvät, ne kasvavat muodostaen koko levyn tai levyn.Raekasvu pysähtyy, kun viimeinen teräsmolekyyli imeytyy rakeen.Tämä kaikki tapahtuu mikroskooppisella tasolla, ja keskikokoinen teräsrae on halkaisijaltaan noin 64 mikronia tai 0,0025 tuumaa.Vaikka jokainen jyvä on samanlainen kuin seuraava, ne eivät ole samoja.Ne eroavat hieman toisistaan koon, suunnan ja hiilipitoisuuden suhteen.Jyvien välisiä rajapintoja kutsutaan raerajoiksi.Kun teräs hajoaa esimerkiksi väsymishalkeamien vuoksi, se pyrkii vaurioitumaan raerajoilla.
Kuinka läheltä sinun täytyy katsoa nähdäksesi erillisiä hiukkasia?100- tai 100-kertainen suurennus ihmissilmän näöntarkkuuteen riittää.Pelkästään raakateräksen tarkastelu 100. tehoon ei kuitenkaan tee paljon.Näytteet valmistetaan kiillottamalla näyte ja syövyttämällä pinta hapolla, yleensä typpihapolla ja alkoholilla, jota kutsutaan typpihappoetsaukseksi.
Juuri rakeet ja niiden sisäinen hila määräävät iskulujuuden, MYS:n, UTS:n ja venymän, jonka teräs kestää ennen rikkoutumista.
Teräksenvalmistusvaiheet, kuten kuuma- ja kylmänauhavalssaus, siirtorasituksen raerakenteeseen;jos ne muuttavat muotoaan jatkuvasti, tämä tarkoittaa, että jännitys on muuttanut rakeita.Muut prosessointivaiheet, kuten teräksen käämitys keloiksi, purkaminen ja putkimyllyn läpi vieminen (putken ja koon muodostamiseksi), muuttavat teräsrakeita.Myös putken kylmäveto karan päälle rasittaa materiaalia, samoin kuin valmistusvaiheet, kuten päiden muotoilu ja taivutus.Raerakenteen muutoksia kutsutaan dislokaatioiksi.
Yllä olevat vaiheet heikentävät teräksen taipuisuutta, sen kykyä kestää veto- (repeämis)jännitystä.Teräs muuttuu hauraaksi, mikä tarkoittaa, että se rikkoutuu todennäköisemmin, jos jatkat työskentelyä teräksen kanssa.Venymä on yksi plastisuuden komponentti (puristuvuus on toinen).Tässä on tärkeää ymmärtää, että vika tapahtuu useimmiten jännityksessä, ei puristuksessa.Teräs kestää varsin vetojännitystä suhteellisen suuren venymisensä ansiosta.Teräs kuitenkin muotoutuu helposti puristusjännityksen vaikutuksesta – se on muokattavaa – mikä on etu.
Vertaa tätä betoniin, jolla on erittäin korkea puristuslujuus mutta alhainen sitkeys.Nämä ominaisuudet ovat päinvastaisia kuin teräs.Tästä syystä teillä, rakennuksilla ja jalkakäytävillä käytettävää betonia usein lujitetaan.Tuloksena on tuote, jossa on molempien materiaalien vahvuudet: teräs on vetolujuutta ja betoni vahvaa puristusvoimaa.
Karkaisun aikana teräksen sitkeys heikkenee ja sen kovuus kasvaa.Toisin sanoen se kovettuu.Tilanteesta riippuen tämä voi olla etu, mutta se voi olla myös haitta, koska kovuus vastaa haurautta.Eli mitä kovempi teräs on, sitä vähemmän elastinen se on ja siksi sitä todennäköisemmin se rikkoutuu.
Toisin sanoen prosessin jokainen vaihe vaatii jonkin verran putken taipuisuutta.Osaa käsiteltäessä se painaa, ja jos se on liian painava, se on periaatteessa hyödytön.Kovuus on haurautta, ja hauraat putket ovat alttiita rikkoutumaan käytön aikana.
Onko valmistajalla vaihtoehtoja tässä tapauksessa?Lyhyesti sanottuna kyllä.Tämä vaihtoehto on hehkutus, ja vaikka se ei olekaan aivan maaginen, se on suunnilleen niin maaginen kuin voi olla.
Yksinkertaisesti sanottuna hehkutus poistaa kaikki metallien fysikaalisen vaikutuksen vaikutukset.Prosessissa metalli kuumennetaan jännityksenpoisto- tai uudelleenkiteytyslämpötilaan, mikä johtaa dislokaatioiden poistoon.Siten prosessi palauttaa osittain tai kokonaan sitkeyden, riippuen hehkutusprosessissa käytetystä erityisestä lämpötilasta ja ajasta.
Hehkutus ja kontrolloitu jäähdytys edistävät jyvien kasvua.Tästä on hyötyä, jos tavoitteena on vähentää materiaalin haurautta, mutta hallitsematon rakeiden kasvu voi pehmentää metallia liikaa ja tehdä siitä käyttökelvottomaksi aiottuun käyttöön.Hehkutusprosessin pysäyttäminen on toinen melkein maaginen asia.Karkaisu oikeassa lämpötilassa oikealla kovettimella oikeaan aikaan pysäyttää prosessin nopeasti ja palauttaa teräksen ominaisuudet.
Pitäisikö meidän luopua kovuusmäärityksistä?ei.Kovuusominaisuudet ovat arvokkaita ennen kaikkea ohjenuorana määritettäessä teräsputkien ominaisuuksia.Kovuus on hyödyllinen mitta ja yksi useista ominaisuuksista, jotka tulee määrittää tilattaessa putkimaista materiaalia ja tarkastaa vastaanotettaessa (dokumentoitu jokaiselle lähetykselle).Kun kovuustestiä käytetään testistandardina, sillä on oltava asianmukaiset asteikkoarvot ja säätörajat.
Tämä ei kuitenkaan ole todellinen testi materiaalin hyväksymisestä (hyväksymisestä tai hylkäämisestä).Kovuuden lisäksi valmistajien tulee tarkistaa lähetykset ajoittain määrittääkseen muut asiaankuuluvat ominaisuudet, kuten MYS, UTS tai vähimmäisvenymä putken sovelluksesta riippuen.
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 lanseerattiin vuonna 1990 ensimmäisenä metalliputkiteollisuudelle omistettuna aikakauslehtenä.Nykyään se on ainoa alan julkaisu Pohjois-Amerikassa ja siitä on tullut putkialan ammattilaisten luotettavin tietolähde.
Täysi digitaalinen pääsy FABRICATORiin on nyt saatavilla, mikä tarjoaa helpon pääsyn arvokkaisiin teollisuuden resursseihin.
Täysi digitaalinen pääsy The Tube & Pipe Journaliin on nyt saatavilla, mikä tarjoaa helpon pääsyn arvokkaisiin alan resursseihin.
Nauti täydestä digitaalisesta pääsystä STAMPING Journaliin, metallileimausmarkkinalehteen, joka sisältää viimeisimmät teknologian edistykset, parhaat käytännöt ja alan uutiset.
Täysi pääsy The Fabricator en Español -digitaaliversioon on nyt saatavilla, mikä tarjoaa helpon pääsyn arvokkaisiin alan resursseihin.
Kaksiosaisen esityksen toisessa osassa Adam Heffnerin, Nashvillen myymälän omistajan ja perustajan kanssa…
Postitusaika: 27.1.2023