Varje testprotokoll (Brinell, Rockwell, Vickers) har procedurer som är specifika för objektet som testas.Rockwell t-test är användbart för att testa tunnväggiga rör genom att skära av röret på längden och kontrollera rörväggen med innerdiameter snarare än ytterdiameter.
Att beställa rör är lite som att gå till en bilaffär och beställa en bil eller lastbil.Det finns nu en uppsjö av alternativ tillgängliga som gör det möjligt för köpare att skräddarsy bilen på en mängd olika sätt – interiöra och exteriöra färger, trimpaket, alternativ för exteriör styling, val av drivlina och ett ljudsystem som är nästan lika bra som ett hemunderhållningssystem.Med alla dessa alternativ kommer du förmodligen inte att vara nöjd med en vanlig bil utan krusiduller.
Detta gäller stålrör.Den har tusentals alternativ eller specifikationer.Förutom dimensioner nämner specifikationen kemiska egenskaper och flera mekaniska egenskaper såsom minimal sträckgräns (MYS), brottgräns (UTS) och minimal brottöjning.Men många i branschen – ingenjörer, inköpsagenter och tillverkare – använder branschens stenografi och kräver "enkla" svetsade rör och nämner bara en egenskap: hårdhet.
Försök att beställa en bil enligt en egenskap ("Jag behöver en bil med automatisk växellåda"), och med säljaren kommer du inte långt.Han måste fylla i ett formulär med många alternativ.Så är fallet med stålrör: för att få ett rör lämpligt för en applikation behöver en rörtillverkare mycket mer information än hårdhet.
Hur blev hårdhet ett accepterat substitut för andra mekaniska egenskaper?Det började nog med rörtillverkare.Eftersom hårdhetstestning är snabb, enkel och kräver relativt billig utrustning, använder rörförsäljare ofta hårdhetstestning för att jämföra två typer av rör.Allt de behöver för att utföra ett hårdhetstest är en slät rörbit och en testrigg.
Rörhårdhet är nära relaterad till UTS och en tumregel (procent eller procentintervall) är användbar för att uppskatta MYS, så det är lätt att se hur hårdhetstestning kan vara en lämplig proxy för andra egenskaper.
Dessutom är andra tester relativt svåra.Medan hårdhetstestning bara tar ungefär en minut på en enda maskin, kräver MYS, UTS och töjningstest provberedning och en betydande investering i stor laboratorieutrustning.Som jämförelse gör en rörbruksoperatör ett hårdhetstest på några sekunder, medan en specialist metallurg utför ett dragprov på några timmar.Att utföra ett hårdhetstest är inte svårt.
Detta betyder inte att tillverkare av tekniska rör inte använder hårdhetstester.Det är säkert att säga att majoriteten gör detta, men eftersom de utvärderar instrumentets repeterbarhet och reproducerbarhet över all testutrustning, är de väl medvetna om testets begränsningar.De flesta av dem använder det för att utvärdera rörets hårdhet som en del av tillverkningsprocessen, men använder det inte för att kvantifiera rörets egenskaper.Det är bara ett godkänt/underkänt test.
Varför behöver jag veta MYS, UTS och minsta förlängning?De indikerar rörenhetens prestanda.
MYS är den minsta kraft som orsakar permanent deformation av materialet.Om du försöker böja en rak bit tråd (som en hängare) lätt och släppa trycket, kommer en av två saker att hända: den kommer att återgå till sitt ursprungliga tillstånd (rak) eller förbli böjd.Om det fortfarande är rakt så har du inte kommit över MYS än.Om den fortfarande är böjd, missade du.
Ta nu tag i båda ändarna av tråden med en tång.Om du kan bryta en tråd på mitten, har du tagit dig förbi UTS.Du drar hårt i den och du har två stycken tråd för att visa dina övermänskliga ansträngningar.Om den ursprungliga längden på tråden var 5 tum, och de två längderna efter fel summerar till 6 tum, kommer tråden att sträckas 1 tum, eller 20 %.Faktiska dragprover mäts inom 2 tum från brytpunkten, men oavsett vad – linjespänningskonceptet illustrerar UTS.
Mikroskopprover av stål måste skäras, poleras och etsas med en svagt sur lösning (vanligtvis salpetersyra och alkohol) för att kornen ska bli synliga.100x förstoring används vanligtvis för att inspektera stålkorn och bestämma deras storlek.
Hårdhet är ett test av hur ett material reagerar på stötar.Föreställ dig att en kort längd slang placeras i ett skruvstäd med tandade käftar och skakas för att stänga skruvstädet.Förutom att rikta in röret lämnar skruvstädskäftarna ett avtryck på rörets yta.
Så här fungerar hårdhetstestet, men det är inte lika grovt.Testet har en kontrollerad slagstorlek och ett kontrollerat tryck.Dessa krafter deformerar ytan och bildar fördjupningar eller fördjupningar.Storleken eller djupet på bucklan avgör metallens hårdhet.
Vid utvärdering av stål används vanligtvis Brinell, Vickers och Rockwell hårdhetstester.Var och en har sin egen skala, och några av dem har flera testmetoder som Rockwell A, B, C, etc. För stålrör hänvisar ASTM A513-specifikationen till Rockwell B-testet (förkortat HRB eller RB).Rockwell Test B mäter skillnaden i penetrationskraft för en stålkula med en diameter på 1⁄16 tum i stål mellan en lätt förspänning och en grundbelastning på 100 kgf.Ett typiskt resultat för standardstål är HRB 60.
Materialforskare vet att hårdhet har ett linjärt samband med UTS.Därför förutsäger den givna hårdheten UTS.På samma sätt vet rörtillverkaren att MYS och UTS är relaterade.För svetsade rör är MYS vanligtvis 70 % till 85 % UTS.Den exakta mängden beror på rörtillverkningsprocessen.Hårdheten hos HRB 60 motsvarar UTS 60 000 pund per kvadrattum (PSI) och cirka 80 % MYS, vilket är 48 000 PSI.
Den vanligaste rörspecifikationen för allmän produktion är maximal hårdhet.Utöver storlek är ingenjörer också intresserade av att specificera motståndssvetsade (ERW) rör inom ett bra driftområde, vilket kan resultera i delritningar med en möjlig maximal hårdhet på HRB 60. Bara detta beslut resulterar i ett antal mekaniska ändegenskaper, inklusive hårdheten i sig.
För det första säger inte hårdheten hos HRB 60 oss mycket.HRB 60-avläsningen är ett dimensionslöst tal.Material klassificerade med HRB 59 är mjukare än de som testats vid HRB 60, och HRB 61 är hårdare än HRB 60, men hur mycket?Det kan inte kvantifieras som volym (mätt i decibel), vridmoment (mätt i pund-fot), hastighet (mätt i avstånd kontra tid) eller UTS (mätt i pund per kvadrattum).Att läsa HRB 60 säger oss inget specifikt.Det är en materiell egenskap, inte en fysisk egenskap.För det andra är hårdhetsbestämningen i sig inte väl lämpad för att säkerställa repeterbarhet eller reproducerbarhet.Utvärdering av två platser på ett prov, även om testplatserna ligger nära varandra, resulterar ofta i mycket olika hårdhetsavläsningar.Testernas karaktär förvärrar detta problem.Efter en positionsmätning kan en andra mätning inte göras för att kontrollera resultatet.Testrepeterbarhet är inte möjlig.
Detta betyder inte att hårdhetsmätning är obekvämt.Det här är faktiskt en bra guide till UTS-grejer, och det är ett snabbt och enkelt test.Alla som är involverade i definition, anskaffning och tillverkning av rör bör dock vara medvetna om deras begränsningar som en testparameter.
Eftersom "vanliga" rör inte är tydligt definierade, begränsar rörtillverkarna det vanligtvis till de två vanligaste typerna av stål och rör enligt definitionen i ASTM A513:1008 och 1010 när så är lämpligt.Även efter att alla andra typer av rör har uteslutits, förblir möjligheterna för de mekaniska egenskaperna hos dessa två typer av rör öppna.Faktum är att dessa typer av rör har det bredaste utbudet av mekaniska egenskaper av alla rörtyper.
Till exempel anses en tub vara mjuk om MYS är låg och töjningen är hög, vilket innebär att den presterar bättre vad gäller sträckning, deformation och permanent deformation än en tub som beskrivs som stel, som har en relativt hög MYS och relativt låg töjning. ..Detta liknar skillnaden mellan mjuk tråd och hård tråd som klädhängare och borrar.
Själva förlängningen är en annan faktor som har en betydande inverkan på kritiska rörapplikationer.Rör med hög förlängning tål sträckning;material med låg töjning är mer spröda och därför mer benägna att drabbas av katastrofala utmattningsfel.Emellertid är förlängning inte direkt relaterad till UTS, vilket är den enda mekaniska egenskapen som är direkt relaterad till hårdhet.
Varför varierar rören så mycket i sina mekaniska egenskaper?För det första är den kemiska sammansättningen annorlunda.Stål är en fast lösning av järn och kol, samt andra viktiga legeringar.För enkelhetens skull kommer vi bara att behandla procentandelen kol.Kolatomerna ersätter några av järnatomerna och skapar stålets kristallina struktur.ASTM 1008 är en omfattande primärkvalitet med kolhalt från 0 % till 0,10 %.Noll är ett specialnummer som ger unika egenskaper vid en ultralåg kolhalt i stål.ASTM 1010 definierar kolhalt från 0,08 % till 0,13 %.Dessa skillnader verkar inte stora, men de räcker för att göra stor skillnad på andra håll.
För det andra kan stålrör tillverkas eller tillverkas och därefter bearbetas i sju olika tillverkningsprocesser.ASTM A513 angående tillverkning av ERW-rör listar sju typer:
Om stålets kemiska sammansättning och stegen i rörtillverkningen inte påverkar stålets hårdhet, vad då?Svaret på denna fråga innebär noggrann studie av detaljerna.Denna fråga leder till två andra frågor: vilka detaljer och hur nära?
Detaljerad information om kornen som utgör stål är det första svaret.När stål tillverkas i ett primärbruk, kyls det inte till en enorm massa med en egenskap.När stål svalnar bildar dess molekyler återkommande mönster (kristaller), liknande hur snöflingor bildas.Efter bildandet av kristaller kombineras de till grupper som kallas korn.När kornen svalnar växer de och bildar hela arket eller plattan.Korntillväxten upphör när den sista stålmolekylen absorberas av spannmålen.Allt detta sker på en mikroskopisk nivå, med en medelstor stålkorn som är cirka 64 mikron eller 0,0025 tum i diameter.Även om varje korn liknar nästa, är de inte samma.De skiljer sig något från varandra i storlek, orientering och kolhalt.Gränssnitten mellan korn kallas korngränser.När stål går sönder, till exempel på grund av utmattningssprickor, tenderar det att gå sönder vid korngränserna.
Hur nära måste man titta för att se distinkta partiklar?En förstoring på 100 gånger eller 100 gånger det mänskliga ögats synskärpa är tillräcklig.Att bara titta på råstål till 100:e kraften gör dock inte så mycket.Prover framställs genom att man polerar provet och etsar ytan med en syra, vanligtvis salpetersyra och alkohol, vilket kallas salpetersyraetsning.
Det är kornen och deras inre galler som bestämmer slaghållfastheten, MYS, UTS och den töjning som stålet tål innan det går sönder.
Steg för tillverkning av stål såsom varm- och kallvalsning av band överför spänningar till kornstrukturen;om de hela tiden ändrar form betyder det att spänningen har deformerat kornen.Andra bearbetningssteg som att linda stålet till spolar, avlinda och passera genom en rörkvarn (för att bilda röret och storleken) deformerar stålkornen.Kalldragningen av röret på dornen belastar också materialet, liksom tillverkningsstegen som ändformning och bockning.Förändringar i kornstrukturen kallas dislokationer.
Ovanstående steg utarmar stålets duktilitet, dess förmåga att motstå drag (riv)påkänningar.Stål blir sprött, vilket gör att det är mer benäget att gå sönder om du fortsätter att arbeta med stålet.Förlängning är en komponent av plasticitet (kompressibilitet är en annan).Det är viktigt att förstå här att fel oftast uppstår vid spänning och inte i kompression.Stål är ganska motståndskraftigt mot dragpåkänningar på grund av sin relativt höga töjning.Stål deformeras dock lätt under tryckspänning – det är formbart – vilket är en fördel.
Jämför detta med betong som har mycket hög tryckhållfasthet men låg duktilitet.Dessa egenskaper är motsatta till stål.Det är därför betong som används för vägar, byggnader och trottoarer ofta armeras.Resultatet är en produkt som har båda materialens styrkor: stål är starkt i spänning och betong är starkt i kompression.
Under härdning minskar stålets duktilitet och dess hårdhet ökar.Det hårdnar med andra ord.Beroende på situationen kan detta vara en fördel, men det kan också vara en nackdel, eftersom hårdhet är lika med sprödhet.Det vill säga, ju hårdare stål desto mindre elastiskt är det och därför är det mer sannolikt att det går sönder.
Med andra ord kräver varje steg i processen viss rörets duktilitet.När delen bearbetas blir den tyngre, och om den är för tung är den i princip värdelös.Hårdhet är sprödhet och spröda rör är benägna att gå sönder under användning.
Har tillverkaren alternativ i detta fall?Kort sagt, ja.Det här alternativet är glödgning, och även om det inte exakt är magiskt, är det ungefär så magiskt som möjligt.
Enkelt uttryckt tar glödgning bort alla effekter av fysisk påverkan på metaller.I processen upphettas metallen till en avspännings- eller omkristallisationstemperatur, vilket resulterar i att dislokationer avlägsnas.Processen återställer således delvis eller helt duktiliteten, beroende på den specifika temperatur och tid som används i glödgningsprocessen.
Glödgning och kontrollerad kylning främjar spannmålstillväxt.Detta är fördelaktigt om målet är att minska materialets sprödhet, men okontrollerad korntillväxt kan mjuka upp metallen för mycket, vilket gör den oanvändbar för dess avsedda användning.Att stoppa glödgningsprocessen är en annan nästan magisk sak.Härdning vid rätt temperatur med rätt härdare vid rätt tidpunkt stoppar snabbt processen och återställer stålets egenskaper.
Ska vi överge hårdhetsspecifikationer?Nej.Hårdhetens egenskaper är värdefulla, först och främst som en riktlinje för att bestämma egenskaperna hos stålrör.Hårdhet är ett användbart mått och en av flera egenskaper som bör anges vid beställning av rörformigt material och kontrolleras vid mottagandet (dokumenteras för varje försändelse).När ett hårdhetstest används som teststandard måste det ha lämpliga skalvärden och kontrollgränser.
Detta är dock inte ett sant test av godkänt (acceptans eller avslag) av materialet.Förutom hårdhet bör tillverkare kontrollera leveranser då och då för att fastställa andra relevanta egenskaper såsom MYS, UTS eller minsta förlängning, beroende på rörapplikationen.
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 lanserades 1990 som den första tidningen dedikerad till metallrörsindustrin.Idag är det fortfarande den enda branschpublikationen i Nordamerika och har blivit den mest pålitliga informationskällan för slangproffs.
Fullständig digital tillgång till FABRICATOR är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Fullständig digital tillgång till The Tube & Pipe Journal är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
Njut av full digital tillgång till STAMPING Journal, tidskriften för metallstämpelmarknaden med de senaste tekniska framstegen, bästa praxis och branschnyheter.
Full tillgång till The Fabricator en Españols digitala utgåva är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla industriresurser.
I den andra delen av vår tvådelade show med Adam Heffner, Nashvilles butiksägare och grundare...
Posttid: 2023-jan-27