Setiap protokol ujian (Brinell, Rockwell, Vickers) mempunyai prosedur khusus untuk objek yang diuji.Ujian-t Rockwell berguna untuk menguji paip berdinding nipis dengan memotong paip memanjang dan memeriksa dinding paip mengikut diameter dalam dan bukannya diameter luar.
Memesan paip adalah sedikit seperti pergi ke pengedar kereta dan memesan kereta atau trak.Kini terdapat banyak pilihan yang tersedia yang membolehkan pembeli menyesuaikan kereta dalam pelbagai cara – warna dalaman dan luaran, pakej kemasan, pilihan penggayaan luaran, pilihan powertrain dan sistem audio yang hampir sama baiknya dengan sistem hiburan rumah.Dengan semua pilihan ini, anda mungkin tidak akan berpuas hati dengan kereta tanpa embel-embel standard.
Ini terpakai kepada paip keluli.Ia mempunyai beribu-ribu pilihan atau spesifikasi.Sebagai tambahan kepada dimensi, spesifikasi menyebut sifat kimia dan beberapa sifat mekanikal seperti kekuatan hasil minimum (MYS), kekuatan tegangan muktamad (UTS), dan pemanjangan minimum kepada kegagalan.Walau bagaimanapun, ramai dalam industri—jurutera, ejen pembelian dan pengilang—menggunakan trengkas industri dan meminta paip dikimpal "mudah" dan menyenaraikan hanya satu ciri: kekerasan.
Cuba tempah kereta mengikut satu ciri ("Saya memerlukan kereta dengan transmisi automatik"), dan dengan penjual anda tidak akan pergi jauh.Dia perlu mengisi borang dengan banyak pilihan.Ini adalah kes paip keluli: untuk mendapatkan paip yang sesuai untuk aplikasi, pengeluar paip memerlukan lebih banyak maklumat daripada kekerasan.
Bagaimanakah kekerasan menjadi pengganti yang diterima untuk sifat mekanikal lain?Ia mungkin bermula dengan pengeluar paip.Oleh kerana ujian kekerasan adalah cepat, mudah dan memerlukan peralatan yang agak murah, penjual paip sering menggunakan ujian kekerasan untuk membandingkan dua jenis paip.Apa yang mereka perlukan untuk melakukan ujian kekerasan ialah sekeping paip licin dan pelantar ujian.
Kekerasan paip berkait rapat dengan UTS dan peraturan praktikal (peratusan atau julat peratusan) berguna untuk menganggar MYS, jadi mudah untuk melihat bagaimana ujian kekerasan boleh menjadi proksi yang sesuai untuk sifat lain.
Di samping itu, ujian lain agak sukar.Walaupun ujian kekerasan hanya mengambil masa kira-kira seminit pada satu mesin, MYS, UTS dan ujian pemanjangan memerlukan penyediaan sampel dan pelaburan yang besar dalam peralatan makmal yang besar.Sebagai perbandingan, pengendali kilang paip menyelesaikan ujian kekerasan dalam beberapa saat, manakala pakar metalurgi pakar melakukan ujian tegangan dalam beberapa jam.Melakukan ujian kekerasan tidak sukar.
Ini tidak bermakna pengeluar paip kejuruteraan tidak menggunakan ujian kekerasan.Adalah selamat untuk mengatakan bahawa majoriti melakukan ini, tetapi memandangkan mereka menilai kebolehulangan dan kebolehulangan instrumen merentas semua peralatan ujian, mereka sedar tentang batasan ujian.Kebanyakan mereka menggunakannya untuk menilai kekerasan tiub sebagai sebahagian daripada proses pembuatan, tetapi tidak menggunakannya untuk mengukur sifat tiub.Ia hanya ujian lulus/gagal.
Mengapa saya perlu mengetahui MYS, UTS dan pemanjangan minimum?Mereka menunjukkan prestasi pemasangan tiub.
MYS ialah daya minimum yang menyebabkan ubah bentuk kekal bahan.Jika anda cuba membengkokkan sedikit sekeping wayar lurus (seperti penyangkut) dan melepaskan tekanan, satu daripada dua perkara akan berlaku: ia akan kembali ke keadaan asalnya (lurus) atau kekal bengkok.Jika ia masih lurus, maka anda belum mengatasi MYS lagi.Jika ia masih bengkok, anda terlepas.
Sekarang ambil kedua-dua hujung wayar dengan tang.Jika anda boleh memutuskan wayar kepada separuh, anda telah berjaya melepasi UTS.Anda menariknya dengan kuat dan anda mempunyai dua keping wayar untuk menunjukkan usaha luar biasa anda.Jika panjang asal wayar ialah 5 inci, dan dua panjang selepas kegagalan ditambah sehingga 6 inci, wayar akan meregangkan 1 inci, atau 20%.Ujian tegangan sebenar diukur dalam 2 inci dari titik putus, tetapi tidak kira apa pun – konsep tegangan garisan menggambarkan UTS.
Spesimen mikrograf keluli mesti dipotong, digilap, dan terukir dengan larutan berasid lemah (biasanya asid nitrik dan alkohol) untuk menjadikan butiran kelihatan.Pembesaran 100x biasanya digunakan untuk memeriksa butiran keluli dan menentukan saiznya.
Kekerasan adalah ujian bagaimana bahan bertindak balas terhadap kesan.Bayangkan bahawa panjang pendek tiub diletakkan dalam ragum dengan rahang bergerigi dan digoncang untuk menutup ragum.Selain menjajarkan paip, rahang ragum meninggalkan kesan pada permukaan paip.
Beginilah cara ujian kekerasan berfungsi, tetapi ia tidak sekasar.Ujian ini mempunyai saiz impak terkawal dan tekanan terkawal.Daya ini mengubah bentuk permukaan, membentuk lekukan atau lekukan.Saiz atau kedalaman lekuk menentukan kekerasan logam.
Semasa menilai keluli, ujian kekerasan Brinell, Vickers dan Rockwell biasanya digunakan.Setiap satu mempunyai skala sendiri, dan sebahagian daripadanya mempunyai pelbagai kaedah ujian seperti Rockwell A, B, C, dll. Untuk paip keluli, spesifikasi ASTM A513 merujuk kepada ujian Rockwell B (disingkatkan sebagai HRB atau RB).Ujian Rockwell B mengukur perbezaan dalam daya penembusan bola keluli berdiameter 1⁄16 inci ke dalam keluli antara pramuat ringan dan beban asas 100 kgf.Keputusan tipikal untuk keluli lembut standard ialah HRB 60.
Para saintis bahan tahu bahawa kekerasan mempunyai hubungan linear dengan UTS.Oleh itu, kekerasan yang diberikan meramalkan UTS.Begitu juga, pengeluar paip tahu bahawa MYS dan UTS adalah berkaitan.Untuk paip yang dikimpal, MYS biasanya 70% hingga 85% UTS.Jumlah yang tepat bergantung pada proses pembuatan tiub.Kekerasan HRB 60 sepadan dengan UTS 60,000 paun setiap inci persegi (PSI) dan kira-kira 80% MYS, iaitu 48,000 PSI.
Spesifikasi paip yang paling biasa untuk pengeluaran am ialah kekerasan maksimum.Selain saiz, jurutera juga berminat untuk menentukan paip kimpalan rintangan (ERW) dalam julat operasi yang baik, yang boleh menghasilkan lukisan bahagian dengan kekerasan maksimum mungkin HRB 60. Keputusan ini sahaja menghasilkan beberapa sifat akhir mekanikal, termasuk kekerasan itu sendiri.
Pertama, kekerasan HRB 60 tidak banyak memberitahu kita.Bacaan HRB 60 ialah nombor tanpa dimensi.Bahan yang dinilai pada HRB 59 adalah lebih lembut daripada yang diuji pada HRB 60 dan HRB 61 lebih keras daripada HRB 60, tetapi berapa banyak?Ia tidak boleh dikira seperti isipadu (diukur dalam desibel), tork (diukur dalam paun-kaki), kelajuan (diukur dalam jarak berbanding masa), atau UTS (diukur dalam paun per inci persegi).Membaca HRB 60 tidak memberitahu kami sesuatu yang khusus.Ia adalah harta material, bukan harta fizikal.Kedua, penentuan kekerasan dengan sendirinya tidak sesuai untuk memastikan kebolehulangan atau kebolehulangan.Penilaian dua tapak pada sampel, walaupun tapak ujian berdekatan, selalunya menghasilkan bacaan kekerasan yang sangat berbeza.Sifat ujian memburukkan lagi masalah ini.Selepas satu ukuran kedudukan, ukuran kedua tidak boleh diambil untuk menyemak keputusan.Kebolehulangan ujian tidak mungkin.
Ini tidak bermakna bahawa pengukuran kekerasan adalah menyusahkan.Sebenarnya, ini adalah panduan yang baik untuk perkara UTS, dan ia adalah ujian yang cepat dan mudah.Walau bagaimanapun, sesiapa yang terlibat dalam definisi, perolehan, dan pembuatan tiub harus mengetahui batasannya sebagai parameter ujian.
Oleh kerana paip "biasa" tidak ditakrifkan dengan jelas, pengeluar paip biasanya mengecilkannya kepada dua jenis keluli dan paip yang paling biasa digunakan seperti yang ditakrifkan dalam ASTM A513:1008 dan 1010 apabila sesuai.Walaupun selepas mengecualikan semua jenis paip lain, kemungkinan sifat mekanikal kedua-dua jenis paip ini tetap terbuka.Malah, jenis paip ini mempunyai julat sifat mekanikal yang paling luas dari semua jenis paip.
Sebagai contoh, tiub dianggap lembut jika MYS rendah dan pemanjangan tinggi, yang bermaksud bahawa ia berprestasi lebih baik dari segi regangan, ubah bentuk dan ubah bentuk kekal daripada tiub yang digambarkan sebagai tegar, yang mempunyai MYS yang agak tinggi dan pemanjangan yang agak rendah. ..Ini sama dengan perbezaan antara wayar lembut dan wayar keras seperti penyangkut baju dan gerudi.
Pemanjangan itu sendiri adalah satu lagi faktor yang mempunyai kesan yang ketara ke atas aplikasi paip kritikal.Paip pemanjangan tinggi boleh menahan regangan;bahan pemanjangan rendah adalah lebih rapuh dan oleh itu lebih terdedah kepada kegagalan keletihan bencana.Walau bagaimanapun, pemanjangan tidak berkaitan secara langsung dengan UTS, yang merupakan satu-satunya sifat mekanikal yang berkaitan secara langsung dengan kekerasan.
Mengapa paip sangat berbeza dalam sifat mekanikalnya?Pertama, komposisi kimia adalah berbeza.Keluli ialah larutan pepejal besi dan karbon, serta aloi penting lain.Untuk kesederhanaan, kami hanya akan berurusan dengan peratusan karbon.Atom karbon menggantikan beberapa atom besi, mewujudkan struktur kristal keluli.ASTM 1008 ialah gred primer yang komprehensif dengan kandungan karbon dari 0% hingga 0.10%.Sifar ialah nombor khas yang memberikan sifat unik pada kandungan karbon ultra rendah dalam keluli.ASTM 1010 mentakrifkan kandungan karbon daripada 0.08% hingga 0.13%.Perbezaan ini nampaknya tidak besar, tetapi ia sudah cukup untuk membuat perubahan besar di tempat lain.
Kedua, paip keluli boleh dikilangkan atau dikilang dan seterusnya diproses dalam tujuh proses pembuatan yang berbeza.ASTM A513 mengenai pengeluaran paip ERW menyenaraikan tujuh jenis:
Jika komposisi kimia keluli dan peringkat pembuatan paip tidak menjejaskan kekerasan keluli, maka apa?Jawapan kepada soalan ini bermaksud kajian yang teliti terhadap butiran.Soalan ini membawa kepada dua soalan lain: butiran apa dan seberapa dekat?
Maklumat terperinci tentang butiran yang membentuk keluli adalah jawapan pertama.Apabila keluli dihasilkan dalam kilang primer, ia tidak menyejuk menjadi jisim besar dengan satu sifat.Apabila keluli menyejuk, molekulnya membentuk corak berulang (kristal), sama seperti bagaimana kepingan salji terbentuk.Selepas pembentukan kristal, mereka digabungkan menjadi kumpulan yang dipanggil bijirin.Apabila bijirin sejuk, ia tumbuh, membentuk keseluruhan kepingan atau pinggan.Pertumbuhan bijirin berhenti apabila molekul keluli terakhir diserap oleh bijirin.Ini semua berlaku pada tahap mikroskopik, dengan butiran keluli bersaiz sederhana adalah kira-kira 64 mikron atau 0.0025 inci.Walaupun setiap butir adalah serupa dengan yang berikutnya, mereka tidak sama.Mereka berbeza sedikit antara satu sama lain dalam saiz, orientasi, dan kandungan karbon.Antara muka antara bijirin dipanggil sempadan bijian.Apabila keluli gagal, contohnya kerana retakan keletihan, ia cenderung gagal pada sempadan butiran.
Sejauh manakah anda perlu melihat untuk melihat zarah yang berbeza?Pembesaran 100 kali atau 100 kali ganda ketajaman penglihatan mata manusia sudah memadai.Walau bagaimanapun, hanya melihat keluli mentah kepada kuasa ke-100 tidak banyak membantu.Sampel disediakan dengan menggilap sampel dan mengetsa permukaan dengan asid, biasanya asid nitrik dan alkohol, yang dipanggil etsa asid nitrik.
Ia adalah butiran dan kekisi dalaman mereka yang menentukan kekuatan hentaman, MYS, UTS, dan pemanjangan yang keluli boleh tahan sebelum kegagalan.
Langkah-langkah pembuatan keluli seperti jalur panas dan sejuk menggelekkan tegasan pemindahan kepada struktur bijian;jika mereka sentiasa berubah bentuk, ini bermakna tekanan telah mengubah bentuk bijirin.Langkah pemprosesan lain seperti menggulung keluli menjadi gegelung, membuka lilitan dan melalui kilang tiub (untuk membentuk tiub dan saiz) mengubah bentuk butiran keluli.Lukisan sejuk paip pada mandrel juga menekankan bahan, begitu juga dengan langkah pembuatan seperti membentuk hujung dan membongkok.Perubahan dalam struktur butiran dipanggil kehelan.
Langkah-langkah di atas mengurangkan kemuluran keluli, keupayaannya untuk menahan tekanan tegangan (koyak).Keluli menjadi rapuh, yang bermaksud bahawa ia lebih cenderung untuk pecah jika anda terus bekerja dengan keluli.Pemanjangan adalah satu komponen keplastikan (kemampatan adalah satu lagi).Adalah penting untuk memahami di sini bahawa kegagalan paling kerap berlaku dalam ketegangan, dan bukan dalam pemampatan.Keluli agak tahan terhadap tegasan tegangan kerana pemanjangannya yang agak tinggi.Walau bagaimanapun, keluli mudah berubah bentuk di bawah tegasan mampatan-ia boleh ditempa-yang merupakan kelebihan.
Bandingkan ini dengan konkrit, yang mempunyai kekuatan mampatan yang sangat tinggi tetapi kemuluran yang rendah.Sifat-sifat ini bertentangan dengan keluli.Inilah sebabnya mengapa konkrit yang digunakan untuk jalan raya, bangunan dan kaki lima sering diperkukuh.Hasilnya ialah produk yang mempunyai kekuatan kedua-dua bahan: keluli kuat dalam tegangan dan konkrit kuat dalam mampatan.
Semasa pengerasan, kemuluran keluli berkurangan, dan kekerasannya meningkat.Dalam erti kata lain, ia mengeras.Bergantung pada keadaan, ini boleh menjadi kelebihan, tetapi ia juga boleh menjadi kelemahan, kerana kekerasan bersamaan dengan kerapuhan.Iaitu, semakin keras keluli, semakin kurang elastiknya dan oleh itu semakin besar kemungkinan ia gagal.
Dalam erti kata lain, setiap langkah proses memerlukan beberapa kemuluran paip.Apabila bahagian itu diproses, ia menjadi lebih berat, dan jika ia terlalu berat, maka pada dasarnya ia tidak berguna.Kekerasan adalah kerapuhan, dan tiub rapuh terdedah kepada kegagalan semasa digunakan.
Adakah pengilang mempunyai pilihan dalam kes ini?Pendek kata, ya.Pilihan ini adalah penyepuhlindapan, dan walaupun tidak betul-betul ajaib, ia adalah kira-kira ajaib yang boleh.
Secara ringkas, penyepuhlindapan menghilangkan semua kesan kesan fizikal pada logam.Dalam proses itu, logam dipanaskan kepada pelepasan tekanan atau suhu penghabluran semula, yang mengakibatkan penyingkiran kehelan.Oleh itu, proses sebahagian atau sepenuhnya memulihkan kemuluran, bergantung pada suhu dan masa tertentu yang digunakan dalam proses penyepuhlindapan.
Penyepuhlindapan dan penyejukan terkawal menggalakkan pertumbuhan bijirin.Ini berfaedah jika matlamatnya adalah untuk mengurangkan kerapuhan bahan, tetapi pertumbuhan bijirin yang tidak terkawal boleh melembutkan logam terlalu banyak, menjadikannya tidak boleh digunakan untuk kegunaan yang dimaksudkan.Menghentikan proses penyepuhlindapan adalah satu lagi perkara yang hampir ajaib.Pelindapkejutan pada suhu yang betul dengan agen pengerasan yang betul pada masa yang tepat dengan cepat menghentikan proses dan memulihkan sifat keluli.
Patutkah kita meninggalkan spesifikasi kekerasan?tidak.Sifat kekerasan adalah berharga, pertama sekali, sebagai garis panduan dalam menentukan ciri-ciri paip keluli.Kekerasan ialah ukuran yang berguna dan salah satu daripada beberapa sifat yang harus dinyatakan semasa memesan bahan tiub dan diperiksa selepas diterima (didokumenkan untuk setiap penghantaran).Apabila ujian kekerasan digunakan sebagai standard ujian, ia mesti mempunyai nilai skala yang sesuai dan had kawalan.
Walau bagaimanapun, ini bukan ujian sebenar untuk lulus (penerimaan atau penolakan) bahan.Selain kekerasan, pengilang perlu menyemak penghantaran dari semasa ke semasa untuk menentukan sifat berkaitan lain seperti MYS, UTS, atau pemanjangan minimum, bergantung pada aplikasi paip.
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 telah dilancarkan pada tahun 1990 sebagai majalah pertama yang didedikasikan untuk industri paip logam.Hari ini, ia kekal sebagai satu-satunya penerbitan industri di Amerika Utara dan telah menjadi sumber maklumat yang paling dipercayai untuk profesional tiub.
Akses digital penuh kepada The FABRICATOR kini tersedia, menyediakan akses mudah kepada sumber industri yang berharga.
Akses digital penuh kepada The Tube & Pipe Journal kini tersedia, menyediakan akses mudah kepada sumber industri yang berharga.
Nikmati akses digital penuh ke Jurnal STAMPING, jurnal pasaran pengecapan logam dengan kemajuan teknologi terkini, amalan terbaik dan berita industri.
Akses penuh kepada The Fabricator en Español edisi digital kini tersedia, menyediakan akses mudah kepada sumber industri yang berharga.
Dalam bahagian kedua rancangan dua bahagian kami dengan Adam Heffner, pemilik dan pengasas kedai Nashville…
Masa siaran: Jan-27-2023