Hver testprotokoll (Brinell, Rockwell, Vickers) har prosedyrer som er spesifikke for objektet som testes.

Hver testprotokoll (Brinell, Rockwell, Vickers) har prosedyrer som er spesifikke for objektet som testes.Rockwell t-testen er nyttig for å teste tynnveggede rør ved å kutte røret i lengderetningen og kontrollere rørveggen med innvendig diameter i stedet for utvendig diameter.
Å bestille rør er litt som å gå til en bilforretning og bestille bil eller lastebil.Det er nå en mengde alternativer tilgjengelig som lar kjøpere tilpasse bilen på en rekke måter – interiør- og eksteriørfarger, trimpakker, utvendige stylingsalternativer, valg av drivverk og et lydsystem som er nesten like bra som et hjemmeunderholdningssystem.Med alle disse alternativene vil du sannsynligvis ikke være fornøyd med en standard bil uten dikkedarer.
Dette gjelder stålrør.Den har tusenvis av alternativer eller spesifikasjoner.I tillegg til dimensjoner, nevner spesifikasjonen kjemiske egenskaper og flere mekaniske egenskaper som minimum flytegrense (MYS), ultimate strekkfasthet (UTS), og minimum forlengelse til brudd.Imidlertid bruker mange i bransjen – ingeniører, innkjøpsagenter og produsenter – bransjens stenografi og krever «enkle» sveisede rør og nevner bare én egenskap: hardhet.
Prøv å bestille en bil i henhold til en egenskap ("Jeg trenger en bil med automatgir"), og med selgeren kommer du ikke langt.Han må fylle ut et skjema med mange alternativer.Dette er tilfellet med stålrør: For å få et rør egnet for en applikasjon trenger en rørprodusent mye mer informasjon enn hardhet.
Hvordan ble hardhet en akseptert erstatning for andre mekaniske egenskaper?Det startet nok med rørprodusenter.Fordi hardhetstesting er rask, enkel og krever relativt billig utstyr, bruker rørselgere ofte hardhetstesting for å sammenligne to typer rør.Alt de trenger for å utføre en hardhetstest er et glatt stykke rør og en testrigg.
Rørhardhet er nært knyttet til UTS og en tommelfingerregel (prosent eller prosentområde) er nyttig for å estimere MYS, så det er lett å se hvordan hardhetstesting kan være en passende proxy for andre egenskaper.
I tillegg er andre tester relativt vanskelige.Mens hardhetstesting bare tar omtrent ett minutt på en enkelt maskin, krever MYS, UTS og forlengelsestester prøveforberedelse og en betydelig investering i stort laboratorieutstyr.Til sammenligning fullfører en rørmølleoperatør en hardhetstest på sekunder, mens en spesialisert metallurg utfører en strekktest på noen få timer.Å utføre en hardhetstest er ikke vanskelig.
Dette betyr ikke at ingeniørrørprodusenter ikke bruker hardhetstester.Det er trygt å si at flertallet gjør dette, men siden de vurderer instrumentets repeterbarhet og reproduserbarhet på tvers av alt testutstyr, er de godt klar over testens begrensninger.De fleste av dem bruker det til å evaluere hardheten til røret som en del av produksjonsprosessen, men bruker det ikke til å kvantifisere egenskapene til røret.Det er bare en bestått/ikke bestått prøve.
Hvorfor trenger jeg å vite MYS, UTS og minimum forlengelse?De indikerer ytelsen til rørsammenstillingen.
MYS er minimumskraften som forårsaker permanent deformasjon av materialet.Hvis du prøver å bøye et rett stykke ledning (som en kleshenger) lett og slippe trykket, vil en av to ting skje: den vil gå tilbake til sin opprinnelige tilstand (rett) eller forbli bøyd.Hvis det fortsatt er rett, så har du ikke kommet over MYS ennå.Hvis den fortsatt er bøyd, bommet du.
Ta nå tak i begge ender av ledningen med en tang.Hvis du kan bryte en ledning i to, har du kommet deg forbi UTS.Du trekker hardt i den og du har to stykker ledning for å vise din overmenneskelige innsats.Hvis den opprinnelige lengden på ledningen var 5 tommer, og de to lengdene etter feil summerer seg til 6 tommer, vil tråden strekke seg 1 tomme, eller 20 %.Faktiske strekktester måles innen 2 tommer fra bruddpunktet, men uansett hva - linjespenningskonseptet illustrerer UTS.
Mikrografprøver av stål må kuttes, poleres og etses med en svakt sur løsning (vanligvis salpetersyre og alkohol) for å gjøre kornene synlige.100x forstørrelse brukes vanligvis til å inspisere stålkorn og bestemme størrelsen.
Hardhet er en test av hvordan et materiale reagerer på støt.Tenk deg at en kort lengde med slange plasseres i en skrustikke med taggete kjever og ristes for å lukke skrustikken.I tillegg til å justere røret, etterlater skruestikkkjever et avtrykk på overflaten av røret.
Slik fungerer hardhetstesten, men den er ikke like grov.Testen har en kontrollert slagstørrelse og et kontrollert trykk.Disse kreftene deformerer overflaten og danner fordypninger eller fordypninger.Størrelsen eller dybden på bulken bestemmer hardheten til metallet.
Ved evaluering av stål brukes Brinell, Vickers og Rockwell hardhetstester ofte.Hver og en har sin egen skala, og noen av dem har flere testmetoder som Rockwell A, B, C osv. For stålrør refererer ASTM A513-spesifikasjonen til Rockwell B-testen (forkortet HRB eller RB).Rockwell Test B måler forskjellen i penetrasjonskraften til en stålkule med en diameter på 1⁄16 tommer i stål mellom en lett forspenning og en grunnbelastning på 100 kgf.Et typisk resultat for standard bløtt stål er HRB 60.
Materialforskere vet at hardhet har et lineært forhold til UTS.Derfor forutsier den gitte hardheten UTS.På samme måte vet rørprodusenten at MYS og UTS er relatert.For sveisede rør er MYS typisk 70 % til 85 % UTS.Den nøyaktige mengden avhenger av rørproduksjonsprosessen.Hardheten til HRB 60 tilsvarer UTS 60 000 pund per kvadrattomme (PSI) og omtrent 80 % MYS, som er 48 000 PSI.
Den vanligste rørspesifikasjonen for generell produksjon er maksimal hardhet.I tillegg til størrelse er ingeniører også interessert i å spesifisere motstandssveisede (ERW) rør innenfor et godt driftsområde, noe som kan resultere i deltegninger med en mulig maksimal hardhet på HRB 60. Denne beslutningen alene resulterer i en rekke mekaniske endeegenskaper, inkludert hardheten i seg selv.
For det første sier ikke hardheten til HRB 60 oss mye.HRB 60-avlesningen er et dimensjonsløst tall.Materialer vurdert til HRB 59 er mykere enn de som er testet ved HRB 60, og HRB 61 er hardere enn HRB 60, men hvor mye?Det kan ikke kvantifiseres som volum (målt i desibel), dreiemoment (målt i pund-fot), hastighet (målt i avstand kontra tid), eller UTS (målt i pund per kvadrattomme).Å lese HRB 60 forteller oss ikke noe spesifikt.Det er en materiell egenskap, ikke en fysisk egenskap.For det andre er fastsettelse av hardhet i seg selv ikke godt egnet for å sikre repeterbarhet eller reproduserbarhet.Evaluering av to steder på en prøve, selv om teststedene er tett sammen, resulterer ofte i svært forskjellige hardhetsavlesninger.Testenes natur forverrer dette problemet.Etter én posisjonsmåling kan det ikke utføres en ny måling for å kontrollere resultatet.Testrepeterbarhet er ikke mulig.
Dette betyr ikke at hardhetsmåling er upraktisk.Faktisk er dette en god guide til UTS-ting, og det er en rask og enkel test.Alle som er involvert i definisjon, anskaffelse og produksjon av rør bør imidlertid være klar over deres begrensninger som en testparameter.
Fordi "vanlig" rør ikke er klart definert, begrenser rørprodusenter det vanligvis til de to mest brukte typene stål og rør som definert i ASTM A513:1008 og 1010 når det er hensiktsmessig.Selv etter å ha ekskludert alle andre typer rør, forblir mulighetene for de mekaniske egenskapene til disse to rørtypene åpne.Faktisk har disse typer rør det bredeste spekteret av mekaniske egenskaper av alle rørtyper.
For eksempel anses et rør som mykt hvis MYS er lav og forlengelsen er høy, noe som betyr at den yter bedre når det gjelder strekk, deformasjon og permanent deformasjon enn et rør beskrevet som stivt, som har en relativt høy MYS og relativt lav forlengelse. ..Dette ligner på forskjellen mellom myk wire og hard wire som kleshengere og bor.
Selve forlengelsen er en annen faktor som har en betydelig innvirkning på kritiske rørapplikasjoner.Rør med høy forlengelse tåler strekking;materialer med lav forlengelse er mer sprø og derfor mer utsatt for katastrofal utmattelsessvikt.Forlengelse er imidlertid ikke direkte relatert til UTS, som er den eneste mekaniske egenskapen direkte relatert til hardhet.
Hvorfor varierer rør så mye i sine mekaniske egenskaper?For det første er den kjemiske sammensetningen annerledes.Stål er en solid løsning av jern og karbon, samt andre viktige legeringer.For enkelhets skyld vil vi kun ta for oss prosentandelen karbon.Karbonatomene erstatter noen av jernatomene, og skaper den krystallinske strukturen til stålet.ASTM 1008 er en omfattende primærkvalitet med karboninnhold fra 0 % til 0,10 %.Null er et spesielt tall som gir unike egenskaper ved et ultralavt karboninnhold i stål.ASTM 1010 definerer karboninnhold fra 0,08 % til 0,13 %.Disse forskjellene virker ikke store, men de er nok til å utgjøre en stor forskjell andre steder.
For det andre kan stålrør produseres eller produseres og deretter bearbeides i syv forskjellige produksjonsprosesser.ASTM A513 angående produksjon av ERW-rør viser syv typer:
Hvis den kjemiske sammensetningen av stål og stadiene av rørproduksjon ikke påvirker hardheten til stål, hva så?Svaret på dette spørsmålet betyr nøye studie av detaljene.Dette spørsmålet fører til to andre spørsmål: hvilke detaljer og hvor nærme?
Detaljert informasjon om kornene som utgjør stål er det første svaret.Når stål produseres i en primærmølle, avkjøles det ikke til en enorm masse med én egenskap.Når stål avkjøles, danner molekylene gjentatte mønstre (krystaller), som ligner på hvordan snøfnugg dannes.Etter dannelsen av krystaller blir de kombinert i grupper som kalles korn.Når kornene avkjøles, vokser de, og danner hele arket eller platen.Kornveksten stopper når det siste molekylet av stål absorberes av kornet.Alt dette skjer på et mikroskopisk nivå, med et mellomstort stålkorn som er omtrent 64 mikron eller 0,0025 tommer på tvers.Mens hvert korn ligner det neste, er de ikke like.De skiller seg litt fra hverandre i størrelse, orientering og karboninnhold.Grensesnittene mellom korn kalles korngrenser.Når stål svikter, for eksempel på grunn av utmattingssprekker, har det en tendens til å svikte ved korngrensene.
Hvor nært må du se for å se distinkte partikler?En forstørrelse på 100 ganger eller 100 ganger synsstyrken til det menneskelige øyet er tilstrekkelig.Men å bare se på råstål til 100. potens gjør ikke så mye.Prøver tilberedes ved å polere prøven og etse overflaten med en syre, vanligvis salpetersyre og alkohol, som kalles salpetersyreetsing.
Det er kornene og deres indre gitter som bestemmer slagstyrken, MYS, UTS, og forlengelsen som stålet tåler før svikt.
Stålfremstillingstrinn som varm- og kaldvalsing overfører stress til kornstrukturen;hvis de hele tiden endrer form, betyr dette at spenningen har deformert kornene.Andre bearbeidingstrinn som å vikle stålet til spoler, vikle av og passere gjennom en rørmølle (for å danne røret og størrelsen) deformerer stålkornene.Kaldtrekkingen av røret på doren belaster også materialet, og det samme gjør produksjonstrinnene som endeforming og bøying.Endringer i kornstrukturen kalles dislokasjoner.
Trinnene ovenfor utarmer stålets duktilitet, dets evne til å motstå strekk (rive) påkjenninger.Stål blir sprøtt, noe som betyr at det er mer sannsynlig at det går i stykker hvis du fortsetter å jobbe med stålet.Forlengelse er en komponent av plastisitet (komprimerbarhet er en annen).Det er viktig å forstå her at svikt oftest oppstår i spenning, og ikke i kompresjon.Stål er ganske motstandsdyktig mot strekkpåkjenninger på grunn av sin relativt høye forlengelse.Imidlertid deformeres stål lett under trykkspenning - det er formbart - noe som er en fordel.
Sammenlign dette med betong, som har svært høy trykkfasthet, men lav duktilitet.Disse egenskapene er motsatte av stål.Dette er grunnen til at betong som brukes til veier, bygninger og fortau ofte er armert.Resultatet er et produkt som har styrken til begge materialene: stål er sterkt i strekk og betong er sterkt i kompresjon.
Under herding avtar stålets duktilitet, og hardheten øker.Det stivner med andre ord.Avhengig av situasjonen kan dette være en fordel, men det kan også være en ulempe, da hardhet tilsvarer sprøhet.Det vil si at jo hardere stålet er, jo mindre elastisk er det og derfor større sannsynlighet for at det svikter.
Med andre ord krever hvert trinn i prosessen en viss rørduktilitet.Etter hvert som delen bearbeides, blir den tyngre, og hvis den er for tung, er den i prinsippet ubrukelig.Hardhet er sprøhet, og sprø rør er utsatt for svikt under bruk.
Har produsenten alternativer i dette tilfellet?Kort sagt, ja.Dette alternativet er annealing, og selv om det ikke akkurat er magisk, er det omtrent så magisk som det kan være.
Enkelt sagt fjerner gløding alle effekter av fysisk påvirkning på metaller.I prosessen oppvarmes metallet til en stressavlastnings- eller rekrystalliseringstemperatur, noe som resulterer i fjerning av dislokasjoner.Dermed gjenoppretter prosessen delvis eller fullstendig duktiliteten, avhengig av den spesifikke temperaturen og tiden som brukes i utglødningsprosessen.
Gløding og kontrollert kjøling fremmer kornvekst.Dette er fordelaktig hvis målet er å redusere skjørheten til materialet, men ukontrollert kornvekst kan myke metallet for mye, noe som gjør det ubrukelig for den tiltenkte bruken.Å stoppe utglødningsprosessen er en annen nesten magisk ting.Bråkjøling ved riktig temperatur med riktig herdemiddel til rett tid stopper raskt prosessen og gjenoppretter stålets egenskaper.
Bør vi forlate hardhetsspesifikasjonene?Nei.Egenskapene til hardhet er verdifulle, først av alt, som en retningslinje for å bestemme egenskapene til stålrør.Hardhet er et nyttig mål og en av flere egenskaper som bør spesifiseres ved bestilling av rørmateriale og kontrolleres ved mottak (dokumenteres for hver forsendelse).Når en hardhetstest brukes som teststandard, må den ha passende skalaverdier og kontrollgrenser.
Dette er imidlertid ikke en sann test for å bestå (aksept eller avvisning) av materialet.I tillegg til hardhet, bør produsenter sjekke forsendelser fra tid til annen for å bestemme andre relevante egenskaper som MYS, UTS eller minimumsforlengelse, avhengig av rørapplikasjonen.
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 ble lansert i 1990 som det første magasinet dedikert til metallrørindustrien.I dag er det fortsatt den eneste bransjepublikasjonen i Nord-Amerika og har blitt den mest pålitelige informasjonskilden for fagfolk innen slanger.
Full digital tilgang til FABRICATOR er nå tilgjengelig, og gir enkel tilgang til verdifulle industriressurser.
Full digital tilgang til The Tube & Pipe Journal er nå tilgjengelig, og gir enkel tilgang til verdifulle industriressurser.
Nyt full digital tilgang til STAMPING Journal, tidsskriftet for metallstempling med de siste teknologiske fremskritt, beste praksis og bransjenyheter.
Full tilgang til The Fabricator en Español digital utgave er nå tilgjengelig, og gir enkel tilgang til verdifulle industriressurser.
I den andre delen av vårt todelte show med Adam Heffner, Nashville-butikkeier og grunnlegger...