Cada protocol de prova (Brinell, Rockwell, Vickers) té procediments específics per a l'objecte a prova.

Cada protocol de prova (Brinell, Rockwell, Vickers) té procediments específics per a l'objecte a prova.La prova t de Rockwell és útil per provar canonades de paret primes tallant la canonada longitudinalment i comprovant la paret de la canonada pel diàmetre interior en lloc del diàmetre exterior.
Demanar canonades és una mica com anar a un concessionari d'automòbils i demanar un cotxe o un camió.Ara hi ha una gran quantitat d'opcions disponibles que permeten als compradors personalitzar el cotxe de diverses maneres: colors interiors i exteriors, paquets d'acabat, opcions d'estil exterior, opcions de tren motriu i un sistema d'àudio que és gairebé tan bo com un sistema d'entreteniment domèstic.Amb totes aquestes opcions, probablement no estareu satisfet amb un cotxe estàndard sense floritures.
Això s'aplica a les canonades d'acer.Té milers d'opcions o especificacions.A més de les dimensions, l'especificació esmenta propietats químiques i diverses propietats mecàniques com ara el límit elàstic mínim (MYS), la resistència a la tracció màxima (UTS) i l'allargament mínim fins a la fallada.No obstant això, molts de la indústria (enginyers, agents de compres i fabricants) utilitzen l'abreviatura de la indústria i demanen canonades soldades "simples" i enumeren només una característica: la duresa.
Intenteu demanar un cotxe segons una característica (“Necessito un cotxe amb transmissió automàtica”), i amb el venedor no arribareu gaire.Ha d'omplir un formulari amb moltes opcions.És el cas de les canonades d'acer: per aconseguir una canonada adequada per a una aplicació, un fabricant de canonades necessita molta més informació que la duresa.
Com es va convertir la duresa en un substitut acceptat d'altres propietats mecàniques?Probablement va començar amb els fabricants de canonades.Com que les proves de duresa són ràpides, fàcils i requereixen equips relativament econòmics, els venedors de canonades solen utilitzar proves de duresa per comparar dos tipus de canonades.Tot el que necessiten per dur a terme una prova de duresa és una peça llisa de canonada i un equip de proves.
La duresa de les canonades està estretament relacionada amb l'UTS i una regla general (percentatge o rang percentual) és útil per estimar MYS, de manera que és fàcil veure com les proves de duresa poden ser un indicador adequat per a altres propietats.
A més, altres proves són relativament difícils.Tot i que les proves de duresa només triguen aproximadament un minut en una sola màquina, les proves MYS, UTS i d'allargament requereixen la preparació de mostres i una inversió important en equips de laboratori grans.En comparació, un operador de molí de canonades realitza una prova de duresa en segons, mentre que un metal·lúrgic especialitzat realitza una prova de tracció en poques hores.Realitzar una prova de duresa no és difícil.
Això no vol dir que els fabricants de canonades d'enginyeria no utilitzin proves de duresa.És segur dir que la majoria ho fan, però com que avaluen la repetibilitat i la reproductibilitat dels instruments en tots els equips de prova, són molt conscients de les limitacions de la prova.La majoria d'ells l'utilitzen per avaluar la duresa del tub com a part del procés de fabricació, però no l'utilitzen per quantificar les propietats del tub.És només una prova d'aprovat/no apte.
Per què necessito conèixer MYS, UTS i allargament mínim?Indiquen el rendiment del conjunt del tub.
MYS és la força mínima que provoca la deformació permanent del material.Si intenteu doblegar lleugerament un tros recte de filferro (com un penjador) i alliberar la pressió, passarà una de dues coses: tornarà al seu estat original (recte) o es mantindrà doblegat.Si encara és recte, llavors encara no heu superat MYS.Si encara està doblegat, t'ho has perdut.
Ara agafa els dos extrems del cable amb unes pinces.Si podeu trencar un cable per la meitat, heu passat UTS.L'estires amb força i tens dos trossos de filferro per mostrar els teus esforços sobrehumans.Si la longitud original del cable era de 5 polzades, i les dues longituds després de la fallada sumen 6 polzades, el cable s'estirarà 1 polzada, o un 20%.Les proves de tracció reals es mesuren a 2 polzades del punt de ruptura, però no importa què: el concepte de tensió de línia il·lustra UTS.
Les mostres de micrografia d'acer s'han de tallar, polir i gravar amb una solució poc àcida (generalment àcid nítric i alcohol) per fer visibles els grans.L'augment de 100x s'utilitza habitualment per inspeccionar els grans d'acer i determinar-ne la mida.
La duresa és una prova de com reacciona un material a l'impacte.Imagineu que es col·loca un tros curt de tub en un torn de mordassa amb mandíbules dentades i es sacseja per tancar el torn.A més d'alinear la canonada, les mordasses deixen una empremta a la superfície de la canonada.
Així és com funciona la prova de duresa, però no és tan aspre.La prova té una mida d'impacte controlada i una pressió controlada.Aquestes forces deformen la superfície, formant sagnats o sagnats.La mida o la profunditat de la dent determina la duresa del metall.
Quan s'avaluen l'acer, s'utilitzen habitualment les proves de duresa Brinell, Vickers i Rockwell.Cadascun té la seva pròpia escala, i alguns d'ells tenen múltiples mètodes de prova com Rockwell A, B, C, etc. Per a canonades d'acer, l'especificació ASTM A513 fa referència a la prova Rockwell B (abreujada com a HRB o RB).La prova Rockwell B mesura la diferència de força de penetració d'una bola d'acer d'1⁄16 polzada de diàmetre a l'acer entre una precàrrega lleugera i una càrrega bàsica de 100 kgf.Un resultat típic per a l'acer dolç estàndard és HRB 60.
Els científics de materials saben que la duresa té una relació lineal amb l'UTS.Per tant, la duresa donada prediu UTS.De la mateixa manera, el fabricant de canonades sap que MYS i UTS estan relacionats.Per a canonades soldades, el MYS sol ser del 70% al 85% UTS.La quantitat exacta depèn del procés de fabricació del tub.La duresa de HRB 60 correspon a UTS 60.000 lliures per polzada quadrada (PSI) i al voltant del 80% MYS, que és de 48.000 PSI.
L'especificació de canonada més comuna per a la producció general és la duresa màxima.A més de la mida, els enginyers també estan interessats a especificar canonades soldades per resistència (ERW) dins d'un bon rang de funcionament, que pot donar lloc a dibuixos de peces amb una possible duresa màxima de HRB 60. Aquesta decisió per si sola dóna lloc a una sèrie de propietats mecàniques finals, inclosa la pròpia duresa.
En primer lloc, la duresa de HRB 60 no ens diu gaire.La lectura HRB 60 és un nombre adimensional.Els materials classificats a HRB 59 són més suaus que els provats a HRB 60, i HRB 61 és més dur que HRB 60, però quant?No es pot quantificar com el volum (mesurat en decibels), el parell (mesurat en lliures-peus), la velocitat (mesurada en distància en funció del temps) o UTS (mesurat en lliures per polzada quadrada).Llegir HRB 60 no ens diu res concret.És una propietat material, no una propietat física.En segon lloc, la determinació de la duresa per si mateixa no és adequada per garantir la repetibilitat o la reproductibilitat.L'avaluació de dos llocs d'una mostra, fins i tot si els llocs de prova estan a prop, sovint dóna lloc a lectures de duresa molt diferents.La naturalesa de les proves agreuja aquest problema.Després d'una mesura de posició, no es pot fer una segona mesura per comprovar el resultat.La repetibilitat de la prova no és possible.
Això no vol dir que la mesura de la duresa sigui inconvenient.De fet, aquesta és una bona guia per a coses d'UTS, i és una prova ràpida i fàcil.Tanmateix, qualsevol persona implicada en la definició, l'adquisició i la fabricació de tubs hauria de ser conscient de les seves limitacions com a paràmetre de prova.
Com que la canonada "regular" no està clarament definida, els fabricants de canonades normalment la redueixen als dos tipus d'acer i canonades més utilitzats, tal com es defineixen a ASTM A513:1008 i 1010 quan correspongui.Fins i tot després d'excloure tots els altres tipus de canonades, les possibilitats per a les propietats mecàniques d'aquests dos tipus de canonades romanen obertes.De fet, aquests tipus de canonades tenen la gamma més àmplia de propietats mecàniques de tots els tipus de canonades.
Per exemple, un tub es considera tou si el MYS és baix i l'allargament és alt, el que significa que té un millor rendiment en termes d'estirament, deformació i deformació permanent que un tub descrit com a rígid, que té un MYS relativament alt i un allargament relativament baix. ..Això és similar a la diferència entre el cable tou i el cable dur, com ara penjadors i trepans.
L'allargament en si és un altre factor que té un impacte significatiu en les aplicacions crítiques de canonades.Les canonades d'alt allargament poden suportar l'estirament;Els materials de baix allargament són més fràgils i, per tant, més propensos a falles catastròfiques per fatiga.Tanmateix, l'allargament no està directament relacionat amb UTS, que és l'única propietat mecànica directament relacionada amb la duresa.
Per què les canonades varien tant en les seves propietats mecàniques?En primer lloc, la composició química és diferent.L'acer és una solució sòlida de ferro i carboni, així com altres aliatges importants.Per simplificar, tractarem només del percentatge de carboni.Els àtoms de carboni substitueixen alguns dels àtoms de ferro, creant l'estructura cristal·lina de l'acer.ASTM 1008 és un grau primari complet amb un contingut de carboni del 0% al 0,10%.Zero és un nombre especial que proporciona propietats úniques amb un contingut de carboni ultra baix a l'acer.La norma ASTM 1010 defineix el contingut de carboni del 0,08% al 0,13%.Aquestes diferències no semblen grans, però són suficients per marcar una gran diferència en altres llocs.
En segon lloc, les canonades d'acer es poden fabricar o fabricar i, posteriorment, processar-se en set processos de fabricació diferents.L'ASTM A513 sobre la producció de canonades ERW enumera set tipus:
Si la composició química de l'acer i les etapes de fabricació de canonades no afecten la duresa de l'acer, què?La resposta a aquesta pregunta significa un estudi acurat dels detalls.Aquesta pregunta porta a dues preguntes més: quins detalls i fins a quin punt?
La informació detallada sobre els grans que componen l'acer és la primera resposta.Quan l'acer es produeix en un molí primari, no es refreda en una massa enorme amb una propietat.A mesura que l'acer es refreda, les seves molècules formen patrons repetitius (cristalls), similars a com es formen els flocs de neu.Després de la formació dels cristalls, es combinen en grups anomenats grans.A mesura que els grans es refreden, creixen, formant tota la làmina o plat.El creixement del gra s'atura quan l'última molècula d'acer és absorbida pel gra.Tot això passa a nivell microscòpic, amb un gra d'acer de mida mitjana d'uns 64 micres o 0,0025 polzades de diàmetre.Tot i que cada gra és semblant al següent, no són iguals.Es diferencien lleugerament entre si en mida, orientació i contingut de carboni.Les interfícies entre grans s'anomenen límits de gra.Quan l'acer falla, per exemple a causa d'esquerdes de fatiga, tendeix a fallar als límits del gra.
A quina distància has de mirar per veure partícules diferents?Un augment de 100 vegades o 100 vegades l'agudesa visual de l'ull humà és suficient.Tanmateix, simplement mirar l'acer en brut fins a la centena potència no fa gaire.Les mostres es preparen polint la mostra i gravant la superfície amb un àcid, normalment àcid nítric i alcohol, que s'anomena gravat amb àcid nítric.
Són els grans i la seva gelosia interna els que determinen la resistència a l'impacte, MYS, UTS i l'allargament que pot suportar l'acer abans de la fallada.
Els passos de fabricació d'acer, com ara el rodatge de tires en calent i en fred, transfereixen l'estrès a l'estructura del gra;si canvien de forma constantment, això vol dir que la tensió ha deformat els grans.Altres passos de processament, com ara bobinar l'acer en bobines, desenrotllar i passar per un molí de tubs (per formar el tub i la mida) deformen els grans d'acer.El estirat en fred de la canonada sobre el mandril també estressa el material, igual que els passos de fabricació, com ara el conformat final i el doblegat.Els canvis en l'estructura del gra s'anomenen dislocacions.
Els passos anteriors esgoten la ductilitat de l'acer, la seva capacitat de suportar l'esforç de tracció (esquinçament).L'acer es torna trencadís, la qual cosa significa que és més probable que es trenqui si continueu treballant amb l'acer.L'allargament és un component de la plasticitat (la compressibilitat és un altre).És important entendre aquí que la fallada es produeix més sovint en tensió, i no en compressió.L'acer és bastant resistent a les tensions de tracció a causa del seu allargament relativament elevat.Tanmateix, l'acer es deforma fàcilment sota esforç de compressió, és mal·leable, la qual cosa és un avantatge.
Compareu això amb el formigó, que té una resistència a la compressió molt alta però una ductilitat baixa.Aquestes propietats són oposades a l'acer.És per això que sovint es reforça el formigó utilitzat per a carreteres, edificis i voreres.El resultat és un producte que té les forces d'ambdós materials: l'acer és fort en tensió i el formigó és fort en compressió.
Durant l'enduriment, la ductilitat de l'acer disminueix i la seva duresa augmenta.En altres paraules, s'endureix.Segons la situació, això pot ser un avantatge, però també pot ser un desavantatge, ja que la duresa equival a la fragilitat.És a dir, com més dur és l'acer, menys elàstic és i, per tant, més probabilitats de fallar.
En altres paraules, cada pas del procés requereix certa ductilitat de la canonada.A mesura que es processa la peça, es fa més pesada i, si és massa pesada, en principi és inútil.La duresa és fragilitat, i els tubs trencadissos són propensos a fallar durant l'ús.
El fabricant té opcions en aquest cas?En resum, sí.Aquesta opció és recuit i, tot i que no és exactament màgica, és tan màgica com pot ser.
En termes simples, el recuit elimina tots els efectes de l'impacte físic sobre els metalls.En el procés, el metall s'escalfa a una temperatura d'alleujament o de recristal·lització, la qual cosa provoca l'eliminació de les dislocacions.Així, el procés restaura parcialment o completament la ductilitat, en funció de la temperatura i del temps específics utilitzats en el procés de recuit.
El recuit i el refredament controlat afavoreixen el creixement del gra.Això és beneficiós si l'objectiu és reduir la fragilitat del material, però el creixement incontrolat del gra pot suavitzar massa el metall, fent-lo inutilitzable per a l'ús previst.Aturar el procés de recuit és una altra cosa gairebé màgica.L'extinció a la temperatura adequada amb l'agent enduridor adequat en el moment adequat atura ràpidament el procés i restaura les propietats de l'acer.
Hem d'abandonar les especificacions de duresa?no.Les propietats de la duresa són valuoses, en primer lloc, com a pauta per determinar les característiques de les canonades d'acer.La duresa és una mesura útil i una de les diverses propietats que s'han d'especificar a l'hora de demanar material tubular i comprovar-les en rebre (documentada per a cada enviament).Quan s'utilitza una prova de duresa com a estàndard de prova, ha de tenir valors d'escala i límits de control adequats.
Tanmateix, aquesta no és una veritable prova de superació (acceptació o rebuig) del material.A més de la duresa, els fabricants haurien de comprovar els enviaments de tant en tant per determinar altres propietats rellevants com ara MYS, UTS o l'allargament mínim, depenent de l'aplicació de la canonada.
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 es va llançar l'any 1990 com la primera revista dedicada a la indústria de canonades metàl·liques.Avui dia, segueix sent l'única publicació del sector a Amèrica del Nord i s'ha convertit en la font d'informació més fiable per als professionals del tub.
Ja està disponible l'accés digital complet a The FABRICATOR, que ofereix un accés fàcil a recursos valuosos de la indústria.
Ja està disponible l'accés digital complet a The Tube & Pipe Journal, que ofereix un accés fàcil a recursos valuosos de la indústria.
Gaudeix de l'accés digital complet a STAMPING Journal, la revista del mercat de l'estampació de metalls amb els últims avenços tecnològics, bones pràctiques i notícies del sector.
Ja està disponible l'accés complet a l'edició digital de The Fabricator en Español, que ofereix un fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.
A la segona part del nostre espectacle en dues parts amb Adam Heffner, propietari i fundador de la botiga de Nashville...