Cada protocolo de proba (Brinell, Rockwell, Vickers) ten procedementos específicos para o obxecto a proba.A proba en t de Rockwell é útil para probar tubos de paredes finas cortando o tubo lonxitudinalmente e comprobando a parede do tubo polo diámetro interior e non polo exterior.
Pedir tubos é un pouco como ir a un concesionario de coches e pedir un coche ou camión.Agora hai unha infinidade de opcións dispoñibles que permiten aos compradores personalizar o coche de varias maneiras: cores interiores e exteriores, paquetes de adornos, opcións de estilo exterior, opcións de tren motriz e un sistema de audio que é case tan bo como un sistema de entretemento doméstico.Con todas estas opcións, probablemente non estará satisfeito cun coche estándar sen luxos.
Isto aplícase aos tubos de aceiro.Ten miles de opcións ou especificacións.Ademais das dimensións, a especificación menciona propiedades químicas e varias propiedades mecánicas, como o límite de fluencia mínima (MYS), a resistencia máxima á tracción (UTS) e a elongación mínima ata a falla.Non obstante, moitos na industria -enxeñeiros, axentes de compras e fabricantes- usan a taquigrafía da industria e reclaman tubos soldados "simples" e enumeran só unha característica: a dureza.
Tenta pedir un coche segundo unha característica ("Necesito un coche con transmisión automática"), e co vendedor non irás lonxe.Ten que cubrir un formulario con moitas opcións.Este é o caso dos tubos de aceiro: para conseguir un tubo axeitado para unha aplicación, un fabricante de tubos necesita moita máis información que a dureza.
Como se converteu a dureza nun substituto aceptado doutras propiedades mecánicas?Probablemente comezou cos fabricantes de tubos.Debido a que as probas de dureza son rápidas, sinxelas e requiren equipos relativamente económicos, os vendedores de tubos adoitan usar probas de dureza para comparar dous tipos de tubos.Todo o que necesitan para realizar unha proba de dureza é un anaco liso de tubo e un banco de proba.
A dureza das tuberías está moi relacionada coa UTS e unha regra xeral (intervalo porcentual ou porcentual) é útil para estimar MYS, polo que é fácil ver como as probas de dureza poden ser un proxy axeitado para outras propiedades.
Ademais, outras probas son relativamente difíciles.Aínda que as probas de dureza só duran un minuto nunha única máquina, as probas de MYS, UTS e de alongamento requiren a preparación de mostras e un investimento importante en equipos de laboratorio de gran tamaño.En comparación, un operador de fábrica de tubos completa unha proba de dureza en segundos, mentres que un metalúrxico especialista realiza unha proba de tracción en poucas horas.Realizar unha proba de dureza non é difícil.
Isto non significa que os fabricantes de tubos de enxeñería non empreguen probas de dureza.É seguro dicir que a maioría fai isto, pero dado que avalían a repetibilidade e reproducibilidade do instrumento en todos os equipos de proba, coñecen ben as limitacións da proba.A maioría deles utilízano para avaliar a dureza do tubo como parte do proceso de fabricación, pero non o utilizan para cuantificar as propiedades do tubo.É só unha proba de aprobar/non pasar.
Por que necesito coñecer MYS, UTS e elongación mínima?Indican o rendemento do conxunto de tubos.
MYS é a forza mínima que provoca a deformación permanente do material.Se tentas dobrar un pouco un anaco recto de arame (como un colgador) e soltar a presión, ocorrerá unha de dúas cousas: volverá ao seu estado orixinal (recto) ou permanecerá dobrado.Se aínda está en liña recta, entón aínda non superaches MYS.Se aínda está dobrado, perdeches.
Agora colle os dous extremos do fío cun alicate.Se podes romper un fío á metade, superaches a UTS.Tiras con forza e tes dous anacos de arame para mostrar os teus esforzos sobrehumanos.Se a lonxitude orixinal do fío era de 5 polgadas, e as dúas lonxitudes despois do fallo suman 6 polgadas, o fío estirarase 1 polgada, ou 20%.As probas de tracción reais mídense a 2 polgadas do punto de ruptura, pero non importa o que: o concepto de tensión da liña ilustra a UTS.
As mostras micrográficas de aceiro deben ser cortadas, pulidas e gravadas cunha solución débilmente ácida (normalmente ácido nítrico e alcohol) para facer visibles os grans.A ampliación de 100x úsase habitualmente para inspeccionar grans de aceiro e determinar o seu tamaño.
A dureza é unha proba de como reacciona un material ao impacto.Imaxina que un tubo curto se coloca nun tornillo de banco con mandíbulas dentadas e se axita para pechar o tornillo.Ademais de aliñar o tubo, as mordazas do tornillo de banco deixan unha pegada na superficie do tubo.
Así funciona a proba de dureza, pero non é tan dura.A proba ten un tamaño de impacto controlado e unha presión controlada.Estas forzas deforman a superficie, formando sangrías ou sangrías.O tamaño ou a profundidade da mella determina a dureza do metal.
Ao avaliar o aceiro, úsanse habitualmente as probas de dureza Brinell, Vickers e Rockwell.Cada un ten a súa propia escala, e algúns deles teñen múltiples métodos de proba como Rockwell A, B, C, etc. Para tubos de aceiro, a especificación ASTM A513 refírese á proba Rockwell B (abreviada como HRB ou RB).O Test B de Rockwell mide a diferenza na forza de penetración dunha bola de aceiro de 1⁄16 polgadas de diámetro no aceiro entre unha precarga lixeira e unha carga básica de 100 kgf.Un resultado típico para o aceiro suave estándar é HRB 60.
Os científicos de materiais saben que a dureza ten unha relación lineal co UTS.Polo tanto, a dureza dada prevé UTS.Do mesmo xeito, o fabricante de tubos sabe que MYS e UTS están relacionados.Para tubos soldados, MYS é normalmente de 70% a 85% UTS.A cantidade exacta depende do proceso de fabricación do tubo.A dureza do HRB 60 corresponde a UTS 60.000 libras por polgada cadrada (PSI) e preto do 80% MYS, que é de 48.000 PSI.
A especificación de tubos máis común para a produción xeral é a dureza máxima.Ademais do tamaño, os enxeñeiros tamén están interesados en especificar tubos soldados por resistencia (ERW) dentro dun bo rango de operación, o que pode dar como resultado debuxos de pezas cunha posible dureza máxima de HRB 60. Esta decisión por si soa resulta nunha serie de propiedades mecánicas finais, incluíndo a propia dureza.
En primeiro lugar, a dureza do HRB 60 non nos di moito.A lectura HRB 60 é un número adimensional.Os materiais clasificados en HRB 59 son máis brandos que os probados en HRB 60 e HRB 61 é máis duro que HRB 60, pero en canto?Non se pode cuantificar como o volume (medido en decibelios), o par (medido en libras-pés), a velocidade (medida en distancia fronte ao tempo) ou UTS (medido en libras por polgada cadrada).A lectura de HRB 60 non nos di nada específico.É unha propiedade material, non unha propiedade física.En segundo lugar, a determinación da dureza por si mesma non é moi adecuada para garantir a repetibilidade ou a reproducibilidade.A avaliación de dous sitios nunha mostra, aínda que os lugares de proba estean próximos, adoita dar lugar a lecturas de dureza moi diferentes.A natureza das probas agrava este problema.Despois dunha medición de posición, non se pode realizar unha segunda medición para comprobar o resultado.A repetibilidade das probas non é posible.
Isto non significa que a medición da dureza sexa inconveniente.En realidade, esta é unha boa guía para as cousas de UTS, e é unha proba rápida e sinxela.Non obstante, calquera persoa implicada na definición, adquisición e fabricación de tubos debe ser consciente das súas limitacións como parámetro de proba.
Debido a que a tubaxe "regular" non está claramente definida, os fabricantes de tubos adoitan restrinxila aos dous tipos de aceiro e tubos máis utilizados, segundo se definen en ASTM A513:1008 e 1010, cando corresponda.Mesmo despois de excluír todos os outros tipos de tubos, as posibilidades para as propiedades mecánicas destes dous tipos de tubos seguen abertas.De feito, estes tipos de tubos teñen a máis ampla gama de propiedades mecánicas de todos os tipos de tubos.
Por exemplo, un tubo considérase brando se o MYS é baixo e o alongamento é alto, o que significa que ten un mellor rendemento en termos de estiramento, deformación e deformación permanente que un tubo descrito como ríxido, que ten un MYS relativamente alto e un alongamento relativamente baixo. ..Isto é semellante á diferenza entre o fío brando e o fío duro, como perchas e brocas.
A elongación en si é outro factor que ten un impacto significativo nas aplicacións críticas de tubos.Os tubos de alta elongación poden soportar o estiramento;Os materiais de baixo alongamento son máis fráxiles e, polo tanto, máis propensos a fallas por fatiga catastróficas.Non obstante, a elongación non está directamente relacionada coa UTS, que é a única propiedade mecánica directamente relacionada coa dureza.
Por que os tubos varían tanto nas súas propiedades mecánicas?En primeiro lugar, a composición química é diferente.O aceiro é unha solución sólida de ferro e carbono, así como outras aliaxes importantes.Para simplificar, trataremos só a porcentaxe de carbono.Os átomos de carbono substitúen algúns dos átomos de ferro, creando a estrutura cristalina do aceiro.ASTM 1008 é un grao primario completo cun contido de carbono do 0% ao 0,10%.Zero é un número especial que proporciona propiedades únicas cun contido de carbono ultra baixo no aceiro.ASTM 1010 define o contido de carbono de 0,08% a 0,13%.Estas diferenzas non parecen grandes, pero son suficientes para marcar unha gran diferenza noutro lugar.
En segundo lugar, os tubos de aceiro pódense fabricar ou fabricar e posteriormente procesarse en sete procesos de fabricación diferentes.ASTM A513 sobre a produción de tubos ERW enumera sete tipos:
Se a composición química do aceiro e as fases de fabricación de tubos non afectan a dureza do aceiro, que?A resposta a esta pregunta significa un estudo coidadoso dos detalles.Esta pregunta leva a outras dúas preguntas: que detalles e ata que punto?
A información detallada sobre os grans que compoñen o aceiro é a primeira resposta.Cando o aceiro se produce nunha fábrica primaria, non se arrefría nunha masa enorme cunha propiedade.A medida que o aceiro se arrefría, as súas moléculas forman patróns repetitivos (cristais), semellantes a como se forman os copos de neve.Despois da formación dos cristais, combínanse en grupos chamados grans.A medida que se arrefrían os grans, medran formando toda a folla ou placa.O crecemento do gran detense cando a última molécula de aceiro é absorbida polo gran.Todo isto ocorre a nivel microscópico, cun gran de aceiro de tamaño medio de aproximadamente 64 micras ou 0,0025 polgadas de diámetro.Aínda que cada gran é semellante ao seguinte, non son iguais.Difiren lixeiramente entre si en tamaño, orientación e contido de carbono.As interfaces entre grans chámanse límites de grans.Cando o aceiro falla, por exemplo debido a gretas por fatiga, tende a fallar nos límites dos grans.
Que preto tes que mirar para ver partículas distintas?Un aumento de 100 ou 100 veces a agudeza visual do ollo humano é suficiente.Non obstante, simplemente mirar o aceiro en bruto ata a potencia 100 non fai moito.As mostras prepáranse pulendo a mostra e gravando a superficie cun ácido, xeralmente ácido nítrico e alcohol, que se denomina gravado con ácido nítrico.
Son os grans e a súa rede interna os que determinan a resistencia ao impacto, MYS, UTS e o alongamento que pode soportar o aceiro antes da falla.
Os pasos de fabricación de aceiro como o laminado de tiras en quente e en frío transfiren a tensión á estrutura do gran;se cambian de forma constantemente, isto significa que a tensión deformou os grans.Outras etapas de procesamento como enrolar o aceiro en bobinas, desenrolar e pasar por un molino de tubos (para formar o tubo e o tamaño) deforman os grans de aceiro.O estirado en frío do tubo sobre o mandril tamén estresa o material, ao igual que os pasos de fabricación como a conformación e dobrado de extremos.Os cambios na estrutura do gran chámanse luxacións.
Os pasos anteriores esgotan a ductilidade do aceiro, a súa capacidade para soportar tensións de tracción (desgarramento).O aceiro vólvese fráxil, o que significa que é máis probable que se rompa se continúa traballando co aceiro.O alongamento é un compoñente da plasticidade (a compresibilidade é outro).É importante entender aquí que o fallo ocorre a maioría das veces en tensión, e non en compresión.O aceiro é bastante resistente ás tensións de tracción debido ao seu alongamento relativamente alto.Non obstante, o aceiro defórmase facilmente baixo tensión de compresión -é maleable-, o que é unha vantaxe.
Compare isto co formigón, que ten unha resistencia á compresión moi alta pero unha baixa ductilidade.Estas propiedades son opostas ao aceiro.É por iso que o formigón usado para estradas, edificios e beirarrúas adoita ser armado.O resultado é un produto que ten as forzas de ambos materiais: o aceiro é forte en tensión e o formigón é forte en compresión.
Durante o endurecemento, a ductilidade do aceiro diminúe e a súa dureza aumenta.Noutras palabras, endurece.Dependendo da situación, isto pode ser unha vantaxe, pero tamén pode ser unha desvantaxe, xa que a dureza equivale á fraxilidade.É dicir, canto máis duro sexa o aceiro, menos elástico é e, polo tanto, máis probabilidades de fallar.
Noutras palabras, cada paso do proceso require certa ductilidade do tubo.A medida que se procesa a peza, faise máis pesada e, se é demasiado pesada, en principio é inútil.A dureza é fraxilidade e os tubos fráxiles son propensos a fallar durante o seu uso.
O fabricante ten opcións neste caso?En resumo, si.Esta opción é recocida e, aínda que non é exactamente máxica, é o máis máxica posible.
En termos sinxelos, o recocido elimina todos os efectos do impacto físico sobre os metais.No proceso, o metal quéntase a unha temperatura de alivio de tensión ou de recristalización, o que resulta na eliminación das dislocacións.Así, o proceso restablece parcial ou totalmente a ductilidade, dependendo da temperatura específica e do tempo empregado no proceso de recocido.
O recocido e o arrefriamento controlado favorecen o crecemento do gran.Isto é beneficioso se o obxectivo é reducir a fraxilidade do material, pero o crecemento incontrolado do gran pode suavizar demasiado o metal, facéndoo inservible para o seu uso previsto.Deter o proceso de recocido é outra cousa case máxica.O enfriamento á temperatura adecuada co axente endurecedor adecuado no momento adecuado detén rapidamente o proceso e restaura as propiedades do aceiro.
Debemos abandonar as especificacións de dureza?non.As propiedades da dureza son valiosas, en primeiro lugar, como guía para determinar as características dos tubos de aceiro.A dureza é unha medida útil e unha das varias propiedades que se deben especificar ao solicitar material tubular e comprobarse ao recibir (documentada para cada envío).Cando se utiliza unha proba de dureza como estándar de proba, debe ter valores de escala e límites de control adecuados.
Non obstante, esta non é unha verdadeira proba de aprobación (aceptación ou rexeitamento) do material.Ademais da dureza, os fabricantes deberían comprobar os envíos de cando en vez para determinar outras propiedades relevantes como MYS, UTS ou alongamento mínimo, dependendo da aplicación do tubo.
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 foi lanzado en 1990 como a primeira revista dedicada á industria de tubos metálicos.Hoxe, segue sendo a única publicación da industria en América do Norte e converteuse na fonte de información máis fiable para os profesionais de tubos.
Xa está dispoñible o acceso dixital completo a The FABRICATOR, que ofrece un acceso sinxelo a valiosos recursos do sector.
Xa está dispoñible o acceso dixital completo a The Tube & Pipe Journal, que ofrece un fácil acceso a valiosos recursos da industria.
Goza de acceso dixital completo a STAMPING Journal, a revista do mercado de estampación de metal cos últimos avances tecnolóxicos, mellores prácticas e noticias do sector.
Xa está dispoñible o acceso completo á edición dixital de The Fabricator en Español, que proporciona un fácil acceso a valiosos recursos da industria.
Na segunda parte do noso espectáculo en dúas partes con Adam Heffner, propietario e fundador da tenda de Nashville...
Hora de publicación: 27-xan-2023