Hver testprotokol (Brinell, Rockwell, Vickers) har procedurer, der er specifikke for det objekt, der testes.Rockwell t-testen er nyttig til at teste tyndvæggede rør ved at skære røret i længderetningen og kontrollere rørvæggen ved den indvendige diameter i stedet for den udvendige diameter.
At bestille rør er lidt som at gå til en bilforhandler og bestille en bil eller lastbil.Der er nu et væld af muligheder tilgængelige, som giver købere mulighed for at tilpasse bilen på en række forskellige måder – interiør og eksteriør farver, trimpakker, udvendige stylingmuligheder, valg af drivlinje og et lydsystem, der er næsten lige så godt som et hjemmeunderholdningssystem.Med alle disse muligheder vil du sandsynligvis ikke være tilfreds med en standard bil uden dikkedarer.
Det gælder stålrør.Det har tusindvis af muligheder eller specifikationer.Ud over dimensioner nævner specifikationen kemiske egenskaber og flere mekaniske egenskaber såsom minimum flydespænding (MYS), ultimativ trækstyrke (UTS) og minimal brudforlængelse.Men mange i branchen – ingeniører, indkøbsagenter og producenter – bruger industriens stenografi og kræver "simple" svejsede rør og nævner kun én egenskab: hårdhed.
Prøv at bestille en bil i henhold til en egenskab ("Jeg har brug for en bil med automatgear"), og med sælgeren kommer du ikke langt.Han skal udfylde en formular med en masse muligheder.Dette er tilfældet med stålrør: For at få et rør, der er egnet til en applikation, har en rørproducent brug for meget mere information end hårdhed.
Hvordan blev hårdhed en accepteret erstatning for andre mekaniske egenskaber?Det startede sikkert med rørfabrikanter.Fordi hårdhedstestning er hurtig, nem og kræver relativt billigt udstyr, bruger rørsælgere ofte hårdhedstest til at sammenligne to typer rør.Det eneste, de behøver for at udføre en hårdhedstest, er et glat stykke rør og en testrig.
Rørhårdhed er tæt forbundet med UTS, og en tommelfingerregel (procent eller procentområde) er nyttig til at estimere MYS, så det er nemt at se, hvordan hårdhedstestning kan være en passende proxy for andre egenskaber.
Derudover er andre test relativt vanskelige.Mens hårdhedstestning kun tager omkring et minut på en enkelt maskine, kræver MYS, UTS og forlængelsestest prøveforberedelse og en betydelig investering i stort laboratorieudstyr.Til sammenligning gennemfører en rørmølleoperatør en hårdhedstest på få sekunder, mens en specialiseret metallurg udfører en trækprøve på få timer.Det er ikke svært at udføre en hårdhedstest.
Dette betyder ikke, at tekniske rørfabrikanter ikke bruger hårdhedstest.Det er sikkert at sige, at de fleste gør dette, men da de vurderer instrumentets repeterbarhed og reproducerbarhed på tværs af alt testudstyr, er de godt klar over testens begrænsninger.De fleste af dem bruger det til at evaluere rørets hårdhed som en del af fremstillingsprocessen, men bruger det ikke til at kvantificere rørets egenskaber.Det er bare en bestået/ikke bestået prøve.
Hvorfor skal jeg kende MYS, UTS og minimumsforlængelse?De angiver ydeevnen af rørsamlingen.
MYS er den mindste kraft, der forårsager permanent deformation af materialet.Hvis du forsøger at bøje et lige stykke ledning (som en bøjle) lidt og slippe trykket, vil der ske en af to ting: den vender tilbage til sin oprindelige tilstand (lige) eller forbliver bøjet.Hvis det stadig er lige, så er du ikke kommet over MYS endnu.Hvis den stadig er bøjet, gik du glip af.
Tag nu fat i begge ender af ledningen med en tang.Hvis du kan bryde en ledning i to, har du nået det forbi UTS.Du trækker hårdt i det, og du har to stykker tråd til at vise din overmenneskelige indsats.Hvis den oprindelige længde af tråden var 5 tommer, og de to længder efter fejl summerer til 6 tommer, vil tråden strække sig 1 tomme eller 20 %.Faktiske trækprøver måles inden for 2 tommer fra brudpunktet, men uanset hvad - linjespændingskonceptet illustrerer UTS.
Stålmikrografprøver skal skæres, poleres og ætses med en svagt sur opløsning (normalt salpetersyre og alkohol) for at gøre kornene synlige.100x forstørrelse bruges almindeligvis til at inspicere stålkorn og bestemme deres størrelse.
Hårdhed er en test af, hvordan et materiale reagerer på stød.Forestil dig, at en kort længde slange placeres i en skruestik med takkede kæber og rystes for at lukke skruen.Ud over at justere røret, efterlader skruekæberne et aftryk på rørets overflade.
Sådan fungerer hårdhedstesten, men den er ikke så grov.Testen har en kontrolleret slagstørrelse og et kontrolleret tryk.Disse kræfter deformerer overfladen og danner fordybninger eller fordybninger.Størrelsen eller dybden af bulen bestemmer hårdheden af metallet.
Ved vurdering af stål anvendes Brinell, Vickers og Rockwell hårdhedstest almindeligvis.Hver enkelt har sin egen skala, og nogle af dem har flere testmetoder såsom Rockwell A, B, C osv. For stålrør refererer ASTM A513-specifikationen til Rockwell B-testen (forkortet HRB eller RB).Rockwell Test B måler forskellen i indtrængningskraften af en stålkugle med en diameter på 1⁄16 tomme i stål mellem en let forspænding og en grundbelastning på 100 kgf.Et typisk resultat for standard blødt stål er HRB 60.
Materialeforskere ved, at hårdhed har et lineært forhold til UTS.Derfor forudsiger den givne hårdhed UTS.På samme måde ved rørproducenten, at MYS og UTS er beslægtede.For svejsede rør er MYS typisk 70 % til 85 % UTS.Den nøjagtige mængde afhænger af rørfremstillingsprocessen.HRB 60's hårdhed svarer til UTS 60.000 pounds per square inch (PSI) og omkring 80% MYS, hvilket er 48.000 PSI.
Den mest almindelige rørspecifikation for generel produktion er maksimal hårdhed.Udover størrelse er ingeniører også interesserede i at specificere modstandssvejsede (ERW) rør inden for et godt driftsområde, hvilket kan resultere i deltegninger med en mulig maksimal hårdhed på HRB 60. Alene denne beslutning resulterer i en række mekaniske endeegenskaber, herunder selve hårdheden.
For det første siger hårdheden af HRB 60 os ikke meget.HRB 60-aflæsningen er et dimensionsløst tal.Materialer vurderet til HRB 59 er blødere end dem, der er testet ved HRB 60, og HRB 61 er hårdere end HRB 60, men hvor meget?Det kan ikke kvantificeres som volumen (målt i decibel), drejningsmoment (målt i pund-fod), hastighed (målt i afstand versus tid) eller UTS (målt i pund pr. kvadrattomme).At læse HRB 60 fortæller os ikke noget specifikt.Det er en materiel egenskab, ikke en fysisk egenskab.For det andet er hårdhedsbestemmelsen i sig selv ikke velegnet til at sikre repeterbarhed eller reproducerbarhed.Evaluering af to steder på en prøve, selvom teststederne er tæt på hinanden, resulterer ofte i meget forskellige hårdhedsmålinger.Arten af tests forværrer dette problem.Efter én positionsmåling kan en anden måling ikke foretages for at kontrollere resultatet.Testens repeterbarhed er ikke mulig.
Dette betyder ikke, at hårdhedsmåling er ubelejligt.Faktisk er dette en god guide til UTS-ting, og det er en hurtig og nem test.Alle, der er involveret i definition, indkøb og fremstilling af rør, bør dog være opmærksomme på deres begrænsninger som en testparameter.
Fordi "almindelige" rør ikke er klart defineret, indsnævrer rørproducenter det typisk til de to mest almindeligt anvendte typer stål og rør som defineret i ASTM A513:1008 og 1010, når det er relevant.Selv efter at alle andre typer rør er udelukket, forbliver mulighederne for de mekaniske egenskaber af disse to typer rør åbne.Faktisk har disse typer rør det bredeste udvalg af mekaniske egenskaber af alle rørtyper.
Eksempelvis betragtes et rør som blødt, hvis MYS er lavt og forlængelsen er høj, hvilket betyder, at den yder bedre med hensyn til stræk, deformation og permanent deformation end et rør beskrevet som stift, som har en relativt høj MYS og relativt lav forlængelse ..Dette svarer til forskellen mellem blød wire og hård wire såsom bøjler og boremaskiner.
Selve forlængelsen er en anden faktor, der har en betydelig indvirkning på kritiske rørapplikationer.Rør med høj forlængelse kan modstå strækning;materialer med lav forlængelse er mere skøre og derfor mere tilbøjelige til katastrofale træthedsfejl.Forlængelse er dog ikke direkte relateret til UTS, som er den eneste mekaniske egenskab, der er direkte relateret til hårdhed.
Hvorfor varierer rør så meget i deres mekaniske egenskaber?For det første er den kemiske sammensætning anderledes.Stål er en solid opløsning af jern og kulstof samt andre vigtige legeringer.For nemheds skyld vil vi kun beskæftige os med procentdelen af kulstof.Kulstofatomerne erstatter nogle af jernatomerne, hvilket skaber stålets krystallinske struktur.ASTM 1008 er en omfattende primær kvalitet med kulstofindhold fra 0% til 0,10%.Nul er et særligt tal, der giver unikke egenskaber ved et ultralavt kulstofindhold i stål.ASTM 1010 definerer kulstofindhold fra 0,08 % til 0,13 %.Disse forskelle virker ikke store, men de er nok til at gøre en stor forskel andre steder.
For det andet kan stålrør fremstilles eller fremstilles og efterfølgende bearbejdes i syv forskellige fremstillingsprocesser.ASTM A513 vedrørende produktion af ERW-rør viser syv typer:
Hvis den kemiske sammensætning af stål og stadierne af rørfremstilling ikke påvirker hårdheden af stål, hvad så?Svaret på dette spørgsmål betyder omhyggelig undersøgelse af detaljerne.Dette spørgsmål fører til to andre spørgsmål: hvilke detaljer og hvor tæt på?
Detaljerede oplysninger om de korn, der udgør stål, er det første svar.Når stål fremstilles i en primær mølle, afkøles det ikke til en enorm masse med én egenskab.Når stål afkøles, danner dets molekyler gentagne mønstre (krystaller), svarende til hvordan snefnug dannes.Efter dannelsen af krystaller kombineres de i grupper kaldet korn.Når kornene afkøles, vokser de og danner hele pladen eller pladen.Kornvæksten stopper, når det sidste molekyle stål absorberes af kornet.Alt dette sker på et mikroskopisk niveau, hvor et mellemstort stålkorn er omkring 64 mikron eller 0,0025 tommer på tværs.Mens hvert korn ligner det næste, er de ikke ens.De adskiller sig lidt fra hinanden i størrelse, orientering og kulstofindhold.Grænsefladen mellem korn kaldes korngrænser.Når stål svigter, for eksempel på grund af udmattelsesrevner, har det en tendens til at svigte ved korngrænser.
Hvor tæt skal du kigge for at se distinkte partikler?En forstørrelse på 100 gange eller 100 gange synsstyrken i det menneskelige øje er tilstrækkelig.Men blot at se på råstål til 100. potens gør ikke meget.Prøver fremstilles ved at polere prøven og ætse overfladen med en syre, normalt salpetersyre og alkohol, som kaldes salpetersyreætsning.
Det er kornene og deres indre gitter, der bestemmer slagstyrken, MYS, UTS og den forlængelse, som stålet kan modstå før fejl.
Stålfremstillingstrin såsom varm- og koldvalsning overfører spænding til kornstrukturen;hvis de konstant ændrer form, betyder det, at spændingen har deformeret kornene.Andre forarbejdningstrin, såsom vikling af stålet til spoler, afvikling og passage gennem en rørmølle (for at danne røret og størrelsen) deformerer stålkornene.Den kolde trækning af røret på dornen belaster også materialet, ligesom fremstillingstrinene såsom endeformning og bøjning.Ændringer i kornstrukturen kaldes dislokationer.
Ovenstående trin nedbryder stålets duktilitet, dets evne til at modstå trækspænding (rivespænding).Stål bliver skørt, hvilket betyder, at det er mere tilbøjeligt til at gå i stykker, hvis du fortsætter med at arbejde med stålet.Forlængelse er en komponent af plasticitet (sammentrykkelighed er en anden).Det er vigtigt at forstå her, at svigt oftest opstår ved spænding og ikke ved kompression.Stål er ret modstandsdygtigt over for trækspændinger på grund af dets relativt høje forlængelse.Men stål deformeres let under trykspænding - det er formbart - hvilket er en fordel.
Sammenlign dette med beton, som har meget høj trykstyrke, men lav duktilitet.Disse egenskaber er modsatte af stål.Derfor er beton, der bruges til veje, bygninger og fortove, ofte armeret.Resultatet er et produkt, der har begge materialers styrker: Stål er stærkt i spændingen og beton er stærkt i kompression.
Under hærdning falder stålets duktilitet, og dets hårdhed øges.Det hærder med andre ord.Alt efter situationen kan dette være en fordel, men det kan også være en ulempe, da hårdhed er lig med skørhed.Det vil sige, at jo hårdere stål, jo mindre elastisk er det, og derfor er der større sandsynlighed for, at det fejler.
Med andre ord kræver hvert trin i processen en vis rørduktilitet.Efterhånden som delen bliver bearbejdet, bliver den tungere, og hvis den er for tung, så er den i princippet ubrugelig.Hårdhed er skørhed, og skøre rør er tilbøjelige til at gå i stykker under brug.
Har producenten muligheder i dette tilfælde?Kort sagt, ja.Denne mulighed er udglødning, og selvom den ikke ligefrem er magisk, er den omtrent så magisk, som den kan være.
Enkelt sagt fjerner udglødning alle virkningerne af fysisk påvirkning på metaller.I processen opvarmes metallet til en afspændings- eller omkrystallisationstemperatur, hvilket resulterer i fjernelse af dislokationer.Processen genopretter således delvist eller fuldstændigt duktiliteten, afhængigt af den specifikke temperatur og tid, der bruges i udglødningsprocessen.
Udglødning og kontrolleret afkøling fremmer kornvækst.Dette er fordelagtigt, hvis målet er at reducere materialets skørhed, men ukontrolleret kornvækst kan blødgøre metallet for meget, hvilket gør det ubrugeligt til dets tilsigtede brug.At stoppe udglødningsprocessen er en anden næsten magisk ting.Bratkøling ved den rigtige temperatur med det rigtige hærdemiddel på det rigtige tidspunkt stopper hurtigt processen og genopretter stålets egenskaber.
Skal vi opgive hårdhedsspecifikationer?ingen.Hårdhedens egenskaber er værdifulde, først og fremmest som en rettesnor ved bestemmelse af stålrørs egenskaber.Hårdhed er en nyttig måling og en af flere egenskaber, der bør specificeres ved bestilling af rørmateriale og kontrolleres ved modtagelse (dokumenteret for hver forsendelse).Når en hårdhedstest bruges som teststandard, skal den have passende skalaværdier og kontrolgrænser.
Dette er dog ikke en sand test for beståelse (accept eller afvisning) af materialet.Ud over hårdhed bør producenter kontrollere forsendelser fra tid til anden for at bestemme andre relevante egenskaber såsom MYS, UTS eller minimumsforlængelse, afhængigt af røranvendelsen.
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 blev lanceret i 1990 som det første magasin dedikeret til metalrørindustrien.I dag er det fortsat den eneste branchepublikation i Nordamerika og er blevet den mest pålidelige informationskilde for slange-fagfolk.
Fuld digital adgang til FABRICATOR er nu tilgængelig, hvilket giver nem adgang til værdifulde industriressourcer.
Fuld digital adgang til The Tube & Pipe Journal er nu tilgængelig, hvilket giver nem adgang til værdifulde industriressourcer.
Nyd fuld digital adgang til STAMPING Journal, tidsskriftet for metalstempling med de seneste teknologiske fremskridt, bedste praksis og industrinyheder.
Fuld adgang til The Fabricator en Españols digitale udgave er nu tilgængelig, hvilket giver nem adgang til værdifulde industriressourcer.
I anden del af vores todelte show med Adam Heffner, Nashville butiksejer og grundlægger...
Indlægstid: 27-jan-2023