Mỗi giao thức thử nghiệm (Brinell, Rockwell, Vickers) có các quy trình cụ thể cho đối tượng được thử nghiệm.

Mỗi giao thức thử nghiệm (Brinell, Rockwell, Vickers) có các quy trình cụ thể cho đối tượng được thử nghiệm.Thử nghiệm Rockwell t rất hữu ích để kiểm tra các ống có thành mỏng bằng cách cắt ống theo chiều dọc và kiểm tra thành ống bằng đường kính bên trong chứ không phải đường kính bên ngoài.
Đặt mua tẩu cũng giống như việc đến đại lý ô tô và đặt mua một chiếc ô tô hoặc xe tải.Hiện có rất nhiều tùy chọn cho phép người mua tùy chỉnh xe theo nhiều cách khác nhau – màu sắc nội thất và ngoại thất, gói trang trí, tùy chọn kiểu dáng bên ngoài, lựa chọn hệ thống truyền động và hệ thống âm thanh gần như tốt như hệ thống giải trí gia đình.Với tất cả những lựa chọn này, bạn có thể sẽ không hài lòng với một chiếc xe tiêu chuẩn không rườm rà.
Điều này áp dụng cho ống thép.Nó có hàng ngàn tùy chọn hoặc thông số kỹ thuật.Ngoài kích thước, thông số kỹ thuật còn đề cập đến các tính chất hóa học và một số tính chất cơ học như cường độ chảy tối thiểu (MYS), độ bền kéo cuối cùng (UTS) và độ giãn dài tối thiểu đến mức hư hỏng.Tuy nhiên, nhiều người trong ngành—kỹ sư, đại lý thu mua và nhà sản xuất—sử dụng cách viết tắt của ngành và gọi các ống hàn “đơn giản” và chỉ liệt kê một đặc điểm: độ cứng.
Hãy cố gắng đặt mua một chiếc ô tô theo một đặc điểm (“Tôi cần một chiếc ô tô có hộp số tự động”), và với người bán, bạn sẽ không đi xa được.Anh ta phải điền vào một biểu mẫu với rất nhiều lựa chọn.Đây là trường hợp của ống thép: để có được một ống phù hợp cho một ứng dụng, nhà sản xuất ống cần nhiều thông tin hơn là độ cứng.
Làm thế nào mà độ cứng trở thành chất thay thế được chấp nhận cho các tính chất cơ học khác?Có lẽ nó bắt đầu với các nhà sản xuất ống.Vì việc kiểm tra độ cứng diễn ra nhanh chóng, dễ dàng và yêu cầu thiết bị tương đối rẻ tiền nên người bán ống thường sử dụng kiểm tra độ cứng để so sánh hai loại ống.Tất cả những gì họ cần để thực hiện kiểm tra độ cứng là một đoạn ống nhẵn và một thiết bị kiểm tra.
Độ cứng của ống có liên quan chặt chẽ với UTS và quy tắc ngón tay cái (phần trăm hoặc phạm vi phần trăm) rất hữu ích cho việc ước tính MYS, vì vậy thật dễ dàng để thấy việc kiểm tra độ cứng có thể là một đại diện phù hợp cho các đặc tính khác.
Ngoài ra, các bài kiểm tra khác tương đối khó.Trong khi việc kiểm tra độ cứng chỉ mất khoảng một phút trên một máy, các thử nghiệm MYS, UTS và độ giãn dài yêu cầu chuẩn bị mẫu và đầu tư đáng kể vào thiết bị phòng thí nghiệm lớn.Để so sánh, một người vận hành máy nghiền ống hoàn thành bài kiểm tra độ cứng trong vài giây, trong khi một nhà luyện kim chuyên nghiệp thực hiện bài kiểm tra độ bền kéo trong vài giờ.Thực hiện kiểm tra độ cứng không khó.
Điều này không có nghĩa là các nhà sản xuất ống kỹ thuật không sử dụng các bài kiểm tra độ cứng.Có thể nói rằng phần lớn đều làm điều này, nhưng vì họ đánh giá độ lặp lại và độ tái lập của thiết bị trên tất cả các thiết bị kiểm tra nên họ nhận thức rõ về những hạn chế của thử nghiệm.Hầu hết họ sử dụng nó để đánh giá độ cứng của ống như một phần của quy trình sản xuất, nhưng không sử dụng nó để định lượng các đặc tính của ống.Đây chỉ là một bài kiểm tra đạt/không đạt.
Tại sao tôi cần biết MYS, UTS và độ giãn dài tối thiểu?Chúng cho biết hiệu suất của cụm ống.
MYS là lực tối thiểu gây ra biến dạng vĩnh viễn của vật liệu.Nếu bạn cố gắng uốn cong một đoạn dây thẳng (như cái móc áo) một chút và giải phóng áp suất, một trong hai điều sẽ xảy ra: nó sẽ trở lại trạng thái ban đầu (thẳng) hoặc vẫn bị uốn cong.Nếu nó vẫn thẳng thì bạn vẫn chưa vượt qua được MYS.Nếu nó vẫn bị cong thì bạn đã trượt.
Bây giờ lấy cả hai đầu dây bằng kìm.Nếu bạn có thể bẻ đôi sợi dây nghĩa là bạn đã vượt qua được UTS.Bạn kéo thật mạnh và bạn có hai đoạn dây để thể hiện nỗ lực siêu phàm của mình.Nếu chiều dài ban đầu của dây là 5 inch và hai chiều dài sau khi bị hỏng cộng lại thành 6 inch thì dây sẽ giãn ra 1 inch hoặc 20%.Các thử nghiệm độ bền kéo thực tế được đo trong phạm vi 2 inch tính từ điểm đứt, nhưng dù thế nào đi nữa – khái niệm độ căng của dây minh họa cho UTS.
Các mẫu vật vi mô bằng thép phải được cắt, đánh bóng và khắc bằng dung dịch axit yếu (thường là axit nitric và rượu) để làm cho các hạt có thể nhìn thấy được.Độ phóng đại 100 lần thường được sử dụng để kiểm tra hạt thép và xác định kích thước của chúng.
Độ cứng là phép thử xem vật liệu phản ứng như thế nào khi va chạm.Hãy tưởng tượng rằng một ống có chiều dài ngắn được đặt trong một cái kẹp có hàm răng cưa và lắc để đóng cái kẹp lại.Ngoài việc căn chỉnh đường ống, hàm vise còn để lại dấu vết trên bề mặt đường ống.
Đây là cách hoạt động của bài kiểm tra độ cứng nhưng nó không quá thô bạo.Thử nghiệm có kích thước tác động được kiểm soát và áp suất được kiểm soát.Các lực này làm biến dạng bề mặt, tạo thành các vết lõm hoặc vết lõm.Kích thước hoặc độ sâu của vết lõm quyết định độ cứng của kim loại.
Khi đánh giá thép, các bài kiểm tra độ cứng Brinell, Vickers và Rockwell thường được sử dụng.Mỗi loại có thang đo riêng và một số có nhiều phương pháp thử nghiệm như Rockwell A, B, C, v.v. Đối với ống thép, thông số kỹ thuật ASTM A513 đề cập đến thử nghiệm Rockwell B (viết tắt là HRB hoặc RB).Rockwell Test B đo lường sự khác biệt về lực xuyên thấu của quả bóng thép có đường kính 1⁄16 inch vào thép giữa tải trọng nhẹ và tải trọng cơ bản 100 kgf.Một kết quả điển hình cho thép nhẹ tiêu chuẩn là HRB 60.
Các nhà khoa học vật liệu biết rằng độ cứng có mối quan hệ tuyến tính với UTS.Do đó, độ cứng đã cho dự đoán UTS.Tương tự, nhà sản xuất ống biết rằng MYS và UTS có liên quan với nhau.Đối với ống hàn, MYS thường là 70% đến 85% UTS.Số lượng chính xác phụ thuộc vào quá trình sản xuất ống.Độ cứng của HRB 60 tương ứng với UTS 60.000 pound mỗi inch vuông (PSI) và khoảng 80% MYS, tức là 48.000 PSI.
Thông số kỹ thuật ống phổ biến nhất cho sản xuất nói chung là độ cứng tối đa.Ngoài kích thước, các kỹ sư cũng quan tâm đến việc chỉ định các ống hàn điện trở (ERW) trong phạm vi hoạt động tốt, điều này có thể dẫn đến các bản vẽ bộ phận có độ cứng tối đa có thể là HRB 60. Chỉ riêng quyết định này đã dẫn đến một số đặc tính cơ học cuối, bao gồm cả độ cứng của chính nó.
Đầu tiên, độ cứng của HRB 60 không cho chúng ta biết nhiều điều.Số đọc HRB 60 là một con số không thứ nguyên.Vật liệu được đánh giá ở HRB 59 mềm hơn vật liệu được thử nghiệm ở HRB 60 và HRB 61 cứng hơn HRB 60, nhưng bằng bao nhiêu?Nó không thể được định lượng như âm lượng (đo bằng decibel), mô-men xoắn (đo bằng pound-feet), tốc độ (đo bằng khoảng cách so với thời gian) hoặc UTS (đo bằng pound trên inch vuông).Đọc HRB 60 không cho chúng ta biết điều gì cụ thể.Nó là tài sản vật chất chứ không phải tài sản vật chất.Thứ hai, bản thân việc xác định độ cứng không phù hợp để đảm bảo độ lặp lại hoặc độ tái lập.Việc đánh giá hai vị trí trên một mẫu, ngay cả khi các vị trí thử nghiệm gần nhau, thường dẫn đến kết quả đo độ cứng rất khác nhau.Bản chất của các bài kiểm tra làm trầm trọng thêm vấn đề này.Sau một lần đo vị trí, không thể thực hiện phép đo thứ hai để kiểm tra kết quả.Kiểm tra độ lặp lại là không thể.
Điều này không có nghĩa là việc đo độ cứng là bất tiện.Trên thực tế, đây là một hướng dẫn hay về nội dung UTS và đây là một bài kiểm tra nhanh chóng và dễ dàng.Tuy nhiên, bất kỳ ai tham gia vào việc xác định, mua sắm và sản xuất ống nên nhận thức được những hạn chế của chúng như một thông số thử nghiệm.
Do ống “thông thường” không được xác định rõ ràng nên các nhà sản xuất ống thường thu hẹp phạm vi xuống còn hai loại thép và ống được sử dụng phổ biến nhất như được định nghĩa trong ASTM A513:1008 và 1010 khi thích hợp.Ngay cả sau khi loại trừ tất cả các loại ống khác, khả năng về tính chất cơ học của hai loại ống này vẫn còn bỏ ngỏ.Trên thực tế, các loại ống này có đặc tính cơ học rộng nhất trong tất cả các loại ống.
Ví dụ, một ống được coi là mềm nếu MYS thấp và độ giãn dài cao, điều đó có nghĩa là nó hoạt động tốt hơn về độ giãn, biến dạng và biến dạng vĩnh viễn so với ống được mô tả là cứng, có MYS tương đối cao và độ giãn dài tương đối thấp. ..Điều này tương tự như sự khác biệt giữa dây mềm và dây cứng như móc treo quần áo, máy khoan.
Bản thân độ giãn dài là một yếu tố khác có tác động đáng kể đến các ứng dụng đường ống quan trọng.Ống có độ giãn dài cao có thể chịu được độ giãn dài;vật liệu có độ giãn dài thấp thì giòn hơn và do đó dễ bị phá hủy do mỏi nghiêm trọng hơn.Tuy nhiên, độ giãn dài không liên quan trực tiếp đến UTS, đây là đặc tính cơ học duy nhất liên quan trực tiếp đến độ cứng.
Tại sao các đường ống lại khác nhau nhiều về tính chất cơ học của chúng?Đầu tiên, thành phần hóa học là khác nhau.Thép là dung dịch rắn của sắt và cacbon cũng như các hợp kim quan trọng khác.Để đơn giản, chúng ta sẽ chỉ đề cập đến phần trăm carbon.Các nguyên tử cacbon thay thế một số nguyên tử sắt, tạo nên cấu trúc tinh thể của thép.ASTM 1008 là loại cấp cơ bản toàn diện với hàm lượng carbon từ 0% đến 0,10%.Zero là một con số đặc biệt cung cấp các đặc tính độc đáo ở hàm lượng carbon cực thấp trong thép.ASTM 1010 xác định hàm lượng carbon từ 0,08% đến 0,13%.Những khác biệt này có vẻ không lớn nhưng chúng đủ để tạo ra sự khác biệt lớn ở những nơi khác.
Thứ hai, ống thép có thể được sản xuất hoặc chế tạo và sau đó được xử lý theo bảy quy trình sản xuất khác nhau.ASTM A513 về sản xuất ống ERW liệt kê bảy loại:
Nếu thành phần hóa học của thép và các công đoạn sản xuất ống không ảnh hưởng đến độ cứng của thép thì sao?Câu trả lời cho câu hỏi này có nghĩa là phải nghiên cứu cẩn thận các chi tiết.Câu hỏi này dẫn đến hai câu hỏi khác: chi tiết nào và mức độ gần gũi như thế nào?
Thông tin chi tiết về các loại hạt tạo nên thép chính là câu trả lời đầu tiên.Khi thép được sản xuất trong nhà máy sơ cấp, nó không nguội thành khối lượng lớn với cùng một đặc tính.Khi thép nguội đi, các phân tử của nó hình thành các mẫu (tinh thể) lặp đi lặp lại, tương tự như cách hình thành những bông tuyết.Sau khi hình thành tinh thể, chúng được kết hợp thành các nhóm gọi là hạt.Khi các hạt nguội đi, chúng phát triển, tạo thành toàn bộ tấm hoặc đĩa.Sự phát triển của hạt dừng lại khi phân tử thép cuối cùng được hạt hấp thụ.Tất cả điều này xảy ra ở mức độ vi mô, với một hạt thép cỡ trung bình có chiều ngang khoảng 64 micron hoặc 0,0025 inch.Mặc dù mỗi hạt giống với hạt tiếp theo, nhưng chúng không giống nhau.Chúng hơi khác nhau về kích thước, hướng và hàm lượng carbon.Các mặt tiếp xúc giữa các hạt được gọi là ranh giới hạt.Khi thép bị hỏng, ví dụ do các vết nứt do mỏi, nó có xu hướng bị hỏng ở các ranh giới hạt.
Bạn phải nhìn gần đến mức nào để thấy các hạt khác biệt?Độ phóng đại 100 lần hoặc 100 lần thị lực của mắt người là đủ.Tuy nhiên, chỉ nhìn vào thép thô đến lũy thừa thứ 100 thì không có tác dụng gì nhiều.Mẫu được chuẩn bị bằng cách đánh bóng mẫu và khắc bề mặt bằng axit, thường là axit nitric và rượu, được gọi là axit nitric.
Chính các hạt và mạng lưới bên trong của chúng quyết định cường độ va đập, MYS, UTS và độ giãn dài mà thép có thể chịu được trước khi hỏng.
Các bước luyện thép như cán nóng và cán nguội truyền ứng suất tới kết cấu thớ;nếu chúng liên tục thay đổi hình dạng, điều này có nghĩa là ứng suất đã làm biến dạng hạt.Các bước xử lý khác như cuộn thép thành cuộn, tháo cuộn và đưa qua máy nghiền ống (để tạo thành ống và kích thước) làm biến dạng các hạt thép.Bản vẽ nguội của ống trên trục gá cũng gây ứng suất cho vật liệu, cũng như các bước sản xuất như tạo hình đầu và uốn.Những thay đổi trong cấu trúc hạt được gọi là sự sai lệch.
Các bước trên làm suy giảm độ dẻo của thép, khả năng chịu ứng suất kéo (xé).Thép trở nên giòn, có nghĩa là nó có nhiều khả năng bị gãy nếu bạn tiếp tục làm việc với thép.Độ giãn dài là một thành phần của độ dẻo (khả năng nén là một thành phần khác).Điều quan trọng là phải hiểu ở đây rằng hư hỏng thường xảy ra nhất khi bị kéo chứ không phải khi bị nén.Thép có khả năng chịu ứng suất kéo khá cao do độ giãn dài tương đối cao.Tuy nhiên, thép dễ bị biến dạng dưới ứng suất nén - nó dễ uốn - đây là một lợi thế.
So sánh điều này với bê tông, có cường độ nén rất cao nhưng độ dẻo thấp.Những tính chất này trái ngược với thép.Đây là lý do tại sao bê tông dùng cho đường sá, tòa nhà và vỉa hè thường được gia cố.Kết quả là một sản phẩm có thế mạnh của cả hai vật liệu: thép bền kéo và bê tông bền nén.
Trong quá trình đông cứng, độ dẻo của thép giảm và độ cứng của nó tăng lên.Nói cách khác, nó cứng lại.Tùy thuộc vào tình huống, đây có thể là một lợi thế nhưng cũng có thể là một bất lợi, vì độ cứng tương đương với độ giòn.Nghĩa là, thép càng cứng thì càng kém đàn hồi và do đó càng dễ bị hỏng.
Nói cách khác, mỗi bước của quy trình đòi hỏi độ dẻo của ống.Khi bộ phận được xử lý, nó trở nên nặng hơn và nếu quá nặng thì về nguyên tắc nó sẽ vô dụng.Độ cứng là độ giòn, ống giòn dễ bị hỏng trong quá trình sử dụng.
Nhà sản xuất có lựa chọn nào trong trường hợp này không?Tóm lại là có.Tùy chọn này đang được ủ và mặc dù không hẳn là kỳ diệu nhưng nó cũng kỳ diệu nhất có thể.
Nói một cách đơn giản, quá trình ủ loại bỏ tất cả các tác động vật lý lên kim loại.Trong quá trình này, kim loại được nung nóng đến nhiệt độ giảm ứng suất hoặc nhiệt độ kết tinh lại, dẫn đến việc loại bỏ các sai lệch.Do đó, quá trình này phục hồi một phần hoặc hoàn toàn độ dẻo, tùy thuộc vào nhiệt độ và thời gian cụ thể được sử dụng trong quá trình ủ.
Ủ và làm mát có kiểm soát thúc đẩy sự phát triển của hạt.Điều này có lợi nếu mục tiêu là giảm độ giòn của vật liệu, nhưng sự phát triển của hạt không được kiểm soát có thể làm mềm kim loại quá nhiều, khiến nó không thể sử dụng được cho mục đích sử dụng đã định.Dừng quá trình ủ là một điều gần như kỳ diệu khác.Làm nguội ở nhiệt độ thích hợp với chất làm cứng phù hợp vào đúng thời điểm sẽ nhanh chóng dừng quá trình và khôi phục các tính chất của thép.
Chúng ta có nên từ bỏ thông số kỹ thuật về độ cứng?KHÔNG.Các đặc tính về độ cứng có giá trị trước hết là kim chỉ nam trong việc xác định các đặc tính của ống thép.Độ cứng là một phép đo hữu ích và là một trong nhiều đặc tính cần được chỉ định khi đặt hàng vật liệu dạng ống và kiểm tra khi nhận hàng (được ghi lại cho mỗi lô hàng).Khi kiểm tra độ cứng được sử dụng làm tiêu chuẩn kiểm tra, nó phải có các giá trị thang đo và giới hạn kiểm soát phù hợp.
Tuy nhiên, đây không phải là một bài kiểm tra thực sự về việc đạt (chấp nhận hoặc từ chối) tài liệu.Ngoài độ cứng, nhà sản xuất thỉnh thoảng nên kiểm tra lô hàng để xác định các đặc tính liên quan khác như MYS, UTS hoặc độ giãn dài tối thiểu, tùy thuộc vào ứng dụng của đường ống.
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.
Tạp chí Tube & Pipe được ra mắt vào năm 1990 với tư cách là tạp chí đầu tiên dành riêng cho ngành ống kim loại.Ngày nay, nó vẫn là ấn phẩm công nghiệp duy nhất ở Bắc Mỹ và đã trở thành nguồn thông tin đáng tin cậy nhất cho các chuyên gia về ống.
Hiện đã có quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào FABRICATOR, giúp bạn dễ dàng truy cập vào các tài nguyên có giá trị trong ngành.
Hiện đã có quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào The Tube & Pipe Journal, giúp bạn dễ dàng truy cập vào các tài nguyên có giá trị trong ngành.
Tận hưởng quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào STAMPING Journal, tạp chí thị trường dập kim loại với những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp hay nhất và tin tức trong ngành.
Hiện đã có toàn quyền truy cập vào phiên bản kỹ thuật số The Fabricator en Español, giúp bạn dễ dàng truy cập vào các tài nguyên có giá trị trong ngành.
Trong phần thứ hai của chương trình gồm hai phần của chúng tôi với Adam Heffner, chủ cửa hàng và người sáng lập ở Nashville…