Igal testimisprotokollil (Brinell, Rockwell, Vickers) on testitava objekti jaoks spetsiifilised protseduurid.Rockwelli t-test on kasulik õhukeseseinaliste torude testimiseks, lõigates toru pikisuunas ja kontrollides toru seina sisediameetri, mitte välisläbimõõdu järgi.
Torude tellimine on natuke nagu autoesindusse minek ja auto või veoauto tellimine.Nüüd on saadaval hulgaliselt valikuid, mis võimaldavad ostjatel autot mitmel viisil kohandada – sise- ja välisvärvid, viimistluspaketid, väliskujunduse valikud, jõuülekande valikud ja helisüsteem, mis on peaaegu sama hea kui kodune meelelahutussüsteem.Kõigi nende võimaluste puhul ei jää te tõenäoliselt rahule tavalise lihtsa autoga.
See kehtib terastorude kohta.Sellel on tuhandeid valikuid või spetsifikatsioone.Lisaks mõõtmetele mainitakse spetsifikatsioonis keemilisi omadusi ja mitmeid mehaanilisi omadusi, nagu minimaalne voolavuspiir (MYS), maksimaalne tõmbetugevus (UTS) ja minimaalne pikenemine kuni purunemiseni.Kuid paljud tööstuses – insenerid, ostuagendid ja tootjad – kasutavad tööstuse stenogrammi ja nõuavad "lihtsaid" keevitatud torusid ning loetlevad ainult ühe omaduse: kõvaduse.
Proovige tellida auto ühe omaduse järgi ("Mul on vaja automaatkäigukastiga autot") ja müüjaga ei jõua te kaugele.Ta peab täitma vormi, kus on palju võimalusi.Nii on see terastorude puhul: rakenduseks sobiva toru saamiseks vajab torutootja palju rohkem teavet kui kõvadust.
Kuidas sai kõvadus muude mehaaniliste omaduste aktsepteeritud asendajaks?Tõenäoliselt sai see alguse torutootjatest.Kuna kõvaduse testimine on kiire, lihtne ja nõuab suhteliselt odavaid seadmeid, kasutavad torude müüjad sageli kahte tüüpi torude võrdlemiseks kõvaduse testimist.Kõik, mida nad kõvadustesti tegemiseks vajavad, on sile torujupp ja katseseade.
Toru kõvadus on tihedalt seotud UTS-iga ja rusikareegel (protsent või protsentuaalne vahemik) on kasulik MYS-i hindamiseks, nii et on lihtne mõista, kuidas kõvaduse testimine võib olla sobiv asendusnäitaja muude omaduste jaoks.
Lisaks on muud testid suhteliselt keerulised.Kui kõvaduse testimine võtab ühe masinaga aega vaid umbes minuti, siis MYS, UTS ja pikenemistestid nõuavad proovi ettevalmistamist ja märkimisväärset investeeringut suurtesse laboriseadmetesse.Võrdluseks, toruveski operaator sooritab kõvadustesti sekunditega, spetsialiseerunud metallurg aga mõne tunniga.Kõvadustesti läbiviimine pole keeruline.
See ei tähenda, et insenertorude tootjad ei kasuta kõvaduskatseid.Võib kindlalt öelda, et enamik teeb seda, kuid kuna nad hindavad instrumentide korratavust ja reprodutseeritavust kõigis katseseadmetes, on nad testi piirangutest hästi teadlikud.Enamik neist kasutab seda toru kõvaduse hindamiseks tootmisprotsessi osana, kuid ei kasuta seda toru omaduste kvantifitseerimiseks.See on lihtsalt läbitud/mittearvestatud test.
Miks ma pean teadma MYS-i, UTS-i ja minimaalset pikenemist?Need näitavad torukomplekti jõudlust.
MYS on minimaalne jõud, mis põhjustab materjali püsivat deformatsiooni.Kui proovite sirget traadijuppi (nagu riidepuu) veidi painutada ja survet vabastada, juhtub üks kahest asjast: see naaseb algsesse olekusse (sirge) või jääb painutatud.Kui see on ikka sirge, siis pole sa veel MYS-ist üle saanud.Kui see on endiselt painutatud, jäite vahele.
Nüüd haarake traadi mõlemast otsast tangidega.Kui suudate traadi pooleks murda, olete UTS-ist mööda saanud.Tõmbad seda kõvasti ja sul on kaks traadijuppi, et näidata oma üliinimlikke pingutusi.Kui traadi algne pikkus oli 5 tolli ja kaks pikkust pärast tõrget annavad kokku 6 tolli, venib traat 1 tolli ehk 20%.Tegelikke tõmbekatseid mõõdetakse 2 tolli piires murdepunktist, kuid olenemata sellest – joonepinge kontseptsioon illustreerib UTS-i.
Terasest mikrograafi näidised tuleb lõigata, poleerida ja söövitada nõrgalt happelise lahusega (tavaliselt lämmastikhape ja alkohol), et terad oleksid nähtavad.Teraseterade kontrollimiseks ja nende suuruse määramiseks kasutatakse tavaliselt 100-kordset suurendust.
Kõvadus on test selle kohta, kuidas materjal reageerib löökidele.Kujutage ette, et sakiliste lõugadega kruustangisse asetatakse lühike toru ja seda raputatakse kruvi sulgemiseks.Lisaks toru joondamisele jätavad kruustangid toru pinnale jälje.
Nii töötab kõvaduse test, kuid see pole nii karm.Katsel on kontrollitud löögi suurus ja kontrollitud rõhk.Need jõud deformeerivad pinda, moodustades süvendeid või süvendeid.Mõlgi suurus või sügavus määrab metalli kõvaduse.
Terase hindamisel kasutatakse tavaliselt Brinelli, Vickersi ja Rockwelli kõvaduse teste.Igal neist on oma skaala ja mõnel neist on mitu katsemeetodit, nagu Rockwell A, B, C jne. Terastorude puhul viitab ASTM A513 spetsifikatsioon Rockwelli B testile (lühendatult HRB või RB).Rockwelli test B mõõdab 1⁄16-tollise läbimõõduga teraskuuli terasse läbitungimisjõu erinevust kerge eelkoormuse ja 100 kgf põhikoormuse vahel.Tavalise pehme terase tüüpiline tulemus on HRB 60.
Materjaliteadlased teavad, et kõvadusel on UTS-iga lineaarne seos.Seetõttu ennustab antud kõvadus UTS-i.Samamoodi teab torutootja, et MYS ja UTS on seotud.Keevitatud torude puhul on MYS tavaliselt 70% kuni 85% UTS.Täpne kogus sõltub toru tootmisprotsessist.HRB 60 kõvadus vastab UTS 60 000 naelale ruuttolli kohta (PSI) ja umbes 80% MYS-ile, mis on 48 000 PSI.
Kõige tavalisem torude spetsifikatsioon üldises tootmises on maksimaalne kõvadus.Lisaks suurusele on insenerid huvitatud ka takistuskeevitatud (ERW) torude määramisest heas töövahemikus, mille tulemuseks võivad olla detailide joonised, mille maksimaalne kõvadus on HRB 60. Ainuüksi see otsus toob kaasa mitmeid mehaanilisi lõppomadusi, sealhulgas kõvadus ise.
Esiteks ei ütle HRB 60 kõvadus meile palju.HRB 60 näit on mõõtmeteta arv.HRB 59 klassifikatsiooniga materjalid on pehmemad kui HRB 60 testitud materjalid ja HRB 61 on kõvemad kui HRB 60, kuid kui palju?Seda ei saa kvantifitseerida nagu maht (mõõdetakse detsibellides), pöördemoment (mõõdetakse naeljalgades), kiirus (mõõdetakse vahemaa ja aja järgi) või UTS (mõõdetakse naelades ruuttolli kohta).HRB 60 lugemine ei ütle meile midagi konkreetset.See on materiaalne, mitte füüsiline omadus.Teiseks ei sobi kõvaduse määramine iseenesest hästi korratavuse või reprodutseeritavuse tagamiseks.Kahe proovikoha hindamine, isegi kui katsekohad on lähestikku, annab sageli väga erineva kõvaduse näidu.Testide olemus süvendab seda probleemi.Pärast ühte asukoha mõõtmist ei saa tulemuse kontrollimiseks teist mõõtmist teha.Testi korratavus ei ole võimalik.
See ei tähenda, et kõvaduse mõõtmine oleks ebamugav.Tegelikult on see hea juhend UTS-i asjade kohta ning see on kiire ja lihtne test.Kuid igaüks, kes on seotud torude määratlemise, hankimise ja valmistamisega, peaks olema teadlik nende piirangutest katseparameetrina.
Kuna "tavaline" toru ei ole selgelt määratletud, kitsendavad torude tootjad seda tavaliselt kahele kõige sagedamini kasutatavale terase- ja torutüübile, nagu on määratletud standardites ASTM A513:1008 ja 1010, kui see on asjakohane.Isegi pärast kõigi muude torutüüpide välistamist jäävad nende kahe torutüübi mehaaniliste omaduste võimalused avatuks.Tegelikult on seda tüüpi torudel kõigist torutüüpidest kõige laiem valik mehaanilisi omadusi.
Näiteks loetakse toru pehmeks, kui MYS on väike ja pikenemine suur, mis tähendab, et see toimib venivuse, deformatsiooni ja jäävdeformatsiooni osas paremini kui jäigana kirjeldatud toru, millel on suhteliselt kõrge MYS ja suhteliselt väike pikenemine. ..See on sarnane pehme traadi ja kõva traadi (nt riidepuud ja trellid) erinevusega.
Pikenemine ise on teine tegur, millel on oluline mõju torude kriitilistele rakendustele.Suure pikenemisega torud taluvad venitamist;madala pikenemisega materjalid on rabedamad ja seetõttu kalduvad katastroofilisele väsimustõrkele.Kuid pikenemine ei ole otseselt seotud UTS-iga, mis on ainus mehaaniline omadus, mis on otseselt seotud kõvadusega.
Miks on torude mehaanilised omadused nii erinevad?Esiteks on keemiline koostis erinev.Teras on raua ja süsiniku, aga ka muude oluliste sulamite tahke lahus.Lihtsuse huvides käsitleme ainult süsiniku protsenti.Süsinikuaatomid asendavad osa rauaaatomeid, luues terase kristalse struktuuri.ASTM 1008 on kõikehõlmav esmane klass süsinikusisaldusega 0% kuni 0,10%.Null on spetsiaalne number, mis pakub ainulaadseid omadusi terase ülimadala süsinikusisaldusega.ASTM 1010 määratleb süsinikusisalduse vahemikus 0,08% kuni 0,13%.Need erinevused ei tundu suured, kuid need on piisavad, et mujal palju muutusi teha.
Teiseks saab terastorusid toota või toota ning seejärel töödelda seitsmes erinevas tootmisprotsessis.ASTM A513, mis käsitleb ERW torude tootmist, loetleb seitse tüüpi:
Kui terase keemiline koostis ja torude valmistamise etapid ei mõjuta terase kõvadust, siis mis?Sellele küsimusele vastamine tähendab üksikasjade hoolikat uurimist.See küsimus viib kahe teise küsimuseni: millised on üksikasjad ja kui lähedal?
Üksikasjalik teave terasest moodustavate terade kohta on esimene vastus.Kui terast toodetakse primaarses veskis, ei jahtu see ühe omadusega tohutuks massiks.Terase jahtumisel moodustavad selle molekulid korduvaid mustreid (kristalle), sarnaselt lumehelveste moodustumisega.Pärast kristallide moodustumist ühendatakse need rühmadeks, mida nimetatakse teradeks.Kui terad jahtuvad, kasvavad nad, moodustades kogu lehe või plaadi.Tera kasv peatub, kui tera neelab viimase terase molekuli.See kõik toimub mikroskoopilisel tasemel, keskmise suurusega terastera läbimõõt on umbes 64 mikronit või 0,0025 tolli.Kuigi iga tera on järgmisega sarnane, pole need samad.Need erinevad üksteisest veidi suuruse, orientatsiooni ja süsinikusisalduse poolest.Terade vahelisi liideseid nimetatakse terapiirideks.Kui teras puruneb, näiteks väsimuspragude tõttu, kipub see tera piiridel purunema.
Kui lähedalt peate vaatama, et näha erinevaid osakesi?Piisab 100- või 100-kordsest suurendusest inimsilma nägemisteravusest.Kuid lihtsalt toorterase vaatamine 100. võimsuseni ei anna suurt midagi.Proovid valmistatakse proovi poleerimisel ja pinna söövitamisel happega, tavaliselt lämmastikhappe ja alkoholiga, mida nimetatakse lämmastikhappesöövitamiseks.
Just terad ja nende sisevõre määravad löögitugevuse, MYS, UTS ja venivuse, mida teras peab enne purunemist vastu pidama.
Terase valmistamise etapid, nagu riba kuum- ja külmvaltsimine, kannavad pinget terastruktuurile;kui need muudavad pidevalt kuju, tähendab see, et pinge on terad deformeerinud.Teised töötlemisetapid, nagu terase kerimine rullideks, lahtikerimine ja toruveski läbimine (toru ja suuruse moodustamiseks), deformeerivad terase terad.Toru külmtõmbumine südamikule avaldab materjalile pinget, nagu ka tootmisetapid, nagu otsa vormimine ja painutamine.Terastruktuuri muutusi nimetatakse dislokatsioonideks.
Ülaltoodud sammud kahandavad terase elastsust, selle võimet taluda tõmbe- (rebenemis-) pinget.Teras muutub rabedaks, mis tähendab, et terasega töötamist jätkates puruneb see tõenäolisemalt.Venivus on üks plastilisuse komponente (kokkusurutavus on teine).Siinkohal on oluline mõista, et rike esineb enamasti pinges, mitte kokkusurumisel.Teras on suhteliselt suure venivuse tõttu tõmbepingete suhtes üsna vastupidav.Kuid teras deformeerub survepinge all kergesti - see on tempermalmist -, mis on eelis.
Võrrelge seda betooniga, millel on väga kõrge survetugevus, kuid madal elastsus.Need omadused on vastupidised terasele.Seetõttu tugevdatakse sageli teede, hoonete ja kõnniteede jaoks kasutatavat betooni.Tulemuseks on toode, millel on mõlema materjali tugevused: teras on pinges ja betoon tugev surves.
Karastamisel terase elastsus väheneb ja selle kõvadus suureneb.Teisisõnu, see kõveneb.Olenevalt olukorrast võib see olla eeliseks, kuid võib olla ka puuduseks, kuna kõvadus võrdub rabedusega.See tähendab, et mida kõvem on teras, seda vähem elastne see on ja seega suurem on selle ebaõnnestumise tõenäosus.
Teisisõnu nõuab iga protsessi etapp toru teatud elastsust.Detaili töötlemisel muutub see raskemaks ja kui see on liiga raske, siis on see põhimõtteliselt kasutu.Kõvadus on rabedus ja rabedad torud võivad kasutamise ajal puruneda.
Kas tootjal on sel juhul valikuvõimalusi?Ühesõnaga jah.See valik on lõõmutamine ja kuigi see pole just maagiline, on see nii maagiline kui võimalik.
Lihtsamalt öeldes eemaldab lõõmutamine metallidele kõik füüsilise mõju mõjud.Protsessi käigus kuumutatakse metall pingevabastus- ehk rekristalliseerimistemperatuurini, mille tulemuseks on dislokatsioonide eemaldamine.Seega taastab protsess osaliselt või täielikult plastilisuse, olenevalt lõõmutamisprotsessis kasutatud konkreetsest temperatuurist ja ajast.
Lõõmutamine ja kontrollitud jahutamine soodustavad terade kasvu.See on kasulik, kui eesmärk on vähendada materjali haprust, kuid kontrollimatu tera kasv võib metalli liiga palju pehmendada, muutes selle ettenähtud kasutuskõlbmatuks.Lõõmutamisprotsessi peatamine on veel üks peaaegu maagiline asi.Karastamine õigel temperatuuril õige kõvendiga õigel ajal peatab protsessi kiiresti ja taastab terase omadused.
Kas peaksime kõvaduse spetsifikatsioonidest loobuma?ei.Kõvadusomadused on väärtuslikud ennekõike terastorude omaduste määramisel.Kõvadus on kasulik mõõt ja üks paljudest omadustest, mida tuleks torumaterjali tellimisel täpsustada ja kontrollida kättesaamisel (dokumenteeritud iga saadetise kohta).Kui kõvadustesti kasutatakse katsestandardina, peavad sellel olema sobivad skaala väärtused ja kontrollpiirid.
Kuid see ei ole materjali läbimise (vastuvõtu või tagasilükkamise) tõeline test.Lisaks kõvadusele peaksid tootjad aeg-ajalt kontrollima saadetisi, et teha kindlaks muid asjakohaseid omadusi, nagu MYS, UTS või minimaalne pikenemine, olenevalt toru rakendusest.
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 käivitati 1990. aastal kui esimene metalltorutööstusele pühendatud ajakiri.Tänaseks on see Põhja-Ameerikas ainus tööstusväljaanne ja sellest on saanud toruspetsialistide kõige usaldusväärsem teabeallikas.
Täielik digitaalne juurdepääs seadmele FABRICATOR on nüüd saadaval, pakkudes lihtsat juurdepääsu väärtuslikele tööstusressurssidele.
Täielik digitaalne juurdepääs The Tube & Pipe Journalile on nüüd saadaval, pakkudes lihtsat juurdepääsu väärtuslikele tööstusressurssidele.
Nautige täielikku digitaalset juurdepääsu ajakirjale STAMPING Journal, metallistantsimise turu ajakirjale, mis sisaldab uusimaid tehnoloogilisi edusamme, parimaid tavasid ja valdkonna uudiseid.
Täielik juurdepääs The Fabricator en Español digitaalsele väljaandele on nüüd saadaval, pakkudes lihtsat juurdepääsu väärtuslikele tööstusressurssidele.
Meie kaheosalise saate teises osas koos Adam Heffneriga, Nashville'i poe omanik ja asutaja…
Postitusaeg: 27.01.2023