Ciascun protocollo di test (Brinell, Rockwell, Vickers) prevede procedure specifiche per l'oggetto in prova.

Ciascun protocollo di test (Brinell, Rockwell, Vickers) prevede procedure specifiche per l'oggetto in prova.Il test t Rockwell è utile per testare tubi a parete sottile tagliando il tubo longitudinalmente e controllando la parete del tubo in base al diametro interno anziché al diametro esterno.
Ordinare tubi è un po' come andare in un concessionario di automobili e ordinare un'auto o un camion.Ora sono disponibili moltissime opzioni che consentono agli acquirenti di personalizzare l'auto in vari modi: colori interni ed esterni, pacchetti di finiture, opzioni di stile esterno, scelte di propulsione e un sistema audio buono quasi quanto un sistema di intrattenimento domestico.Con tutte queste opzioni, probabilmente non sarai soddisfatto di un'auto standard senza fronzoli.
Questo vale per i tubi di acciaio.Ha migliaia di opzioni o specifiche.Oltre alle dimensioni, la specifica menziona le proprietà chimiche e diverse proprietà meccaniche come il carico di snervamento minimo (MYS), il carico di rottura a trazione (UTS) e l'allungamento minimo alla rottura.Tuttavia, molti nel settore (ingegneri, agenti di acquisto e produttori) utilizzano i termini del settore e richiedono tubi saldati “semplici” ed elencano solo una caratteristica: la durezza.
Prova a ordinare un'auto in base a una caratteristica ("Ho bisogno di un'auto con cambio automatico") e con il venditore non andrai lontano.Deve compilare un modulo con molte opzioni.Questo è il caso dei tubi in acciaio: per ottenere un tubo adatto ad un'applicazione, un produttore di tubi ha bisogno di molte più informazioni oltre alla durezza.
In che modo la durezza è diventata un sostituto accettato per altre proprietà meccaniche?Probabilmente è iniziato con i produttori di tubi.Poiché le prove di durezza sono rapide, facili e richiedono attrezzature relativamente economiche, i venditori di tubi spesso utilizzano le prove di durezza per confrontare due tipi di tubi.Tutto ciò di cui hanno bisogno per eseguire un test di durezza è un pezzo di tubo liscio e un banco di prova.
La durezza del tubo è strettamente correlata all'UTS e una regola empirica (percentuale o intervallo percentuale) è utile per stimare MYS, quindi è facile vedere come il test di durezza possa essere un proxy adatto per altre proprietà.
Inoltre, altri test sono relativamente difficili.Mentre i test di durezza richiedono solo circa un minuto su una singola macchina, i test MYS, UTS e di allungamento richiedono la preparazione del campione e un investimento significativo in grandi apparecchiature di laboratorio.In confronto, un operatore di una tubazione completa una prova di durezza in pochi secondi, mentre un metallurgista specializzato esegue una prova di trazione in poche ore.Eseguire un test di durezza non è difficile.
Ciò non significa che i produttori di tubi tecnici non utilizzino test di durezza.Si può dire con certezza che la maggioranza lo fa, ma poiché valutano la ripetibilità e la riproducibilità dello strumento su tutte le apparecchiature di test, sono ben consapevoli dei limiti del test.La maggior parte di essi lo utilizza per valutare la durezza del tubo come parte del processo di produzione, ma non lo utilizza per quantificare le proprietà del tubo.È solo un test di superamento/fallimento.
Perché ho bisogno di conoscere MYS, UTS e allungamento minimo?Indicano le prestazioni dell'assemblaggio del tubo.
MYS è la forza minima che provoca la deformazione permanente del materiale.Se provi a piegare leggermente un pezzo di filo dritto (come una gruccia) e a rilasciare la pressione, accadrà una delle due cose: tornerà al suo stato originale (dritto) o rimarrà piegato.Se è ancora dritto, allora non hai ancora superato MYS.Se è ancora piegato, l'hai mancato.
Ora prendi entrambe le estremità del filo con una pinza.Se riesci a spezzare un filo a metà, hai superato l'UTS.Lo tiri forte e hai due pezzi di filo per mostrare i tuoi sforzi sovrumani.Se la lunghezza originale del filo era di 5 pollici e la somma delle due lunghezze dopo il guasto ammonta a 6 pollici, il filo si allungherà di 1 pollice, ovvero del 20%.I test di trazione effettivi vengono misurati entro 2 pollici dal punto di rottura, ma non importa quale, il concetto di tensione della linea illustra UTS.
I campioni micrografici in acciaio devono essere tagliati, lucidati e incisi con una soluzione debolmente acida (solitamente acido nitrico e alcool) per rendere visibili i grani.L'ingrandimento 100x viene comunemente utilizzato per ispezionare i grani di acciaio e determinarne le dimensioni.
La durezza è una prova di come un materiale reagisce all'impatto.Immagina che un breve tratto di tubo venga posizionato in una morsa con ganasce seghettate e agitato per chiudere la morsa.Oltre ad allineare il tubo, le ganasce della morsa lasciano un'impronta sulla superficie del tubo.
Ecco come funziona il test di durezza, ma non è così approssimativo.Il test ha una dimensione di impatto controllata e una pressione controllata.Queste forze deformano la superficie, formando rientranze o rientranze.La dimensione o la profondità dell'ammaccatura determina la durezza del metallo.
Quando si valuta l'acciaio, vengono comunemente utilizzati i test di durezza Brinell, Vickers e Rockwell.Ognuno ha la propria scala e alcuni hanno più metodi di prova come Rockwell A, B, C, ecc. Per i tubi in acciaio, la specifica ASTM A513 si riferisce al test Rockwell B (abbreviato come HRB o RB).Il Rockwell Test B misura la differenza nella forza di penetrazione di una sfera d'acciaio di 1/16 di pollice di diametro nell'acciaio tra un precarico leggero e un carico base di 100 kgf.Un risultato tipico per l'acciaio dolce standard è HRB 60.
Gli scienziati dei materiali sanno che la durezza ha una relazione lineare con UTS.Pertanto, la durezza data predice UTS.Allo stesso modo, il produttore dei tubi sa che MYS e UTS sono correlati.Per i tubi saldati, MYS è generalmente compreso tra il 70% e l'85% UTS.La quantità esatta dipende dal processo di produzione del tubo.La durezza HRB 60 corrisponde a UTS 60.000 libbre per pollice quadrato (PSI) e circa l'80% MYS, ovvero 48.000 PSI.
La specifica più comune dei tubi per la produzione generale è la massima durezza.Oltre alle dimensioni, gli ingegneri sono anche interessati a specificare tubi saldati a resistenza (ERW) entro un buon intervallo operativo, il che può portare a disegni di parti con una possibile durezza massima di HRB 60. Questa decisione da sola si traduce in una serie di proprietà meccaniche delle estremità, compresa la durezza stessa.
Innanzitutto, la durezza HRB 60 non ci dice molto.La lettura HRB 60 è un numero adimensionale.I materiali classificati con HRB 59 sono più morbidi di quelli testati con HRB 60 e HRB 61 è più duro di HRB 60, ma di quanto?Non può essere quantificato come il volume (misurato in decibel), la coppia (misurata in piedi-libbra), la velocità (misurata in distanza rispetto al tempo) o UTS (misurata in libbre per pollice quadrato).La lettura dell'HRB 60 non ci dice nulla di specifico.È una proprietà materiale, non una proprietà fisica.In secondo luogo, la determinazione della durezza di per sé non è adatta a garantire ripetibilità o riproducibilità.La valutazione di due siti su un campione, anche se i siti di prova sono vicini, spesso dà come risultato letture di durezza molto diverse.La natura dei test aggrava questo problema.Dopo una misurazione della posizione non è possibile effettuare una seconda misurazione per verificare il risultato.La ripetibilità del test non è possibile.
Ciò non significa che la misurazione della durezza sia scomoda.In realtà, questa è una buona guida alle cose UTS ed è un test semplice e veloce.Tuttavia, chiunque sia coinvolto nella definizione, nell'approvvigionamento e nella produzione dei tubi dovrebbe essere consapevole dei loro limiti come parametro di prova.
Poiché i tubi “normali” non sono chiaramente definiti, i produttori di tubi in genere restringono il campo ai due tipi di acciaio e tubi più comunemente utilizzati come definiti in ASTM A513:1008 e 1010, quando appropriato.Anche escludendo tutti gli altri tipi di tubi, le possibilità per le proprietà meccaniche di questi due tipi di tubi rimangono aperte.Infatti, questi tipi di tubi hanno la più ampia gamma di proprietà meccaniche tra tutti i tipi di tubi.
Ad esempio, un tubo è considerato morbido se MYS è basso e allungamento elevato, il che significa che ha prestazioni migliori in termini di allungamento, deformazione e deformazione permanente rispetto a un tubo descritto come rigido, che ha un MYS relativamente alto e un allungamento relativamente basso ..Questo è simile alla differenza tra filo morbido e filo duro come grucce e trapani.
L'allungamento stesso è un altro fattore che ha un impatto significativo sulle applicazioni critiche dei tubi.I tubi ad alto allungamento possono sopportare lo stiramento;i materiali a basso allungamento sono più fragili e quindi più soggetti a rotture per fatica catastrofiche.Tuttavia, l’allungamento non è direttamente correlato all’UTS, che è l’unica proprietà meccanica direttamente correlata alla durezza.
Perché i tubi variano così tanto nelle loro proprietà meccaniche?Innanzitutto, la composizione chimica è diversa.L'acciaio è una soluzione solida di ferro e carbonio, nonché di altre leghe importanti.Per semplicità tratteremo solo la percentuale di carbonio.Gli atomi di carbonio sostituiscono alcuni atomi di ferro, creando la struttura cristallina dell'acciaio.ASTM 1008 è un grado primario completo con contenuto di carbonio dallo 0% allo 0,10%.Zero è un numero speciale che fornisce proprietà uniche a un contenuto di carbonio estremamente basso nell'acciaio.ASTM 1010 definisce il contenuto di carbonio dallo 0,08% allo 0,13%.Queste differenze non sembrano enormi, ma sono sufficienti per fare una grande differenza altrove.
In secondo luogo, i tubi di acciaio possono essere fabbricati o fabbricati e successivamente lavorati in sette diversi processi produttivi.La ASTM A513 per quanto riguarda la produzione di tubi ERW ne elenca sette tipologie:
Se la composizione chimica dell’acciaio e le fasi di produzione dei tubi non influiscono sulla durezza dell’acciaio, allora cosa?La risposta a questa domanda implica uno studio attento dei dettagli.Questa domanda porta ad altre due domande: quali dettagli e quanto vicini?
Informazioni dettagliate sui grani che compongono l'acciaio sono la prima risposta.Quando l'acciaio viene prodotto in un mulino primario, non si raffredda fino a formare una massa enorme con una sola proprietà.Quando l'acciaio si raffredda, le sue molecole formano modelli ripetitivi (cristalli), simili a come si formano i fiocchi di neve.Dopo la formazione dei cristalli, questi vengono riuniti in gruppi chiamati grani.Man mano che i chicchi si raffreddano, crescono formando l'intero foglio o piatto.La crescita del grano si arresta quando l'ultima molecola di acciaio viene assorbita dal grano.Tutto ciò accade a livello microscopico, con un grano di acciaio di medie dimensioni che misura circa 64 micron o 0,0025 pollici di diametro.Sebbene ogni grano sia simile al successivo, non sono la stessa cosa.Differiscono leggermente l'uno dall'altro per dimensioni, orientamento e contenuto di carbonio.Le interfacce tra i grani sono chiamate bordi di grano.Quando l'acciaio cede, ad esempio a causa di cricche da fatica, tende a cedere ai bordi dei grani.
Quanto vicino devi guardare per vedere le particelle distinte?È sufficiente un ingrandimento di 100 volte o 100 volte l'acuità visiva dell'occhio umano.Tuttavia, guardare semplicemente l'acciaio grezzo alla centesima potenza non fa molto.I campioni vengono preparati lucidando il campione e incidendo la superficie con un acido, solitamente acido nitrico e alcol, operazione chiamata attacco con acido nitrico.
Sono i grani e il loro reticolo interno che determinano la resistenza all'urto, MYS, UTS e l'allungamento che l'acciaio può sopportare prima della rottura.
Le fasi di produzione dell'acciaio, come la laminazione di nastri a caldo e a freddo, trasferiscono lo stress alla struttura del grano;se cambiano continuamente forma significa che lo stress ha deformato i grani.Altre fasi di lavorazione come l'avvolgimento dell'acciaio in bobine, lo svolgimento e il passaggio attraverso un laminatoio per tubi (per formare il tubo e la dimensione) deformano i grani di acciaio.Anche la trafilatura a freddo del tubo sul mandrino sollecita il materiale, così come le fasi di produzione come la formatura delle estremità e la piegatura.I cambiamenti nella struttura del grano sono chiamati dislocazioni.
I passaggi precedenti riducono la duttilità dell'acciaio, la sua capacità di resistere allo stress di trazione (strappo).L'acciaio diventa fragile, il che significa che è più probabile che si rompa se continui a lavorare con l'acciaio.L'allungamento è una componente della plasticità (la comprimibilità è un'altra).È importante capire qui che il cedimento si verifica più spesso in tensione e non in compressione.L'acciaio è abbastanza resistente alle sollecitazioni di trazione grazie al suo allungamento relativamente elevato.Tuttavia, l’acciaio si deforma facilmente sotto stress di compressione – è malleabile – il che è un vantaggio.
Confrontalo con il calcestruzzo, che ha una resistenza alla compressione molto elevata ma una bassa duttilità.Queste proprietà sono opposte a quelle dell'acciaio.Questo è il motivo per cui il calcestruzzo utilizzato per strade, edifici e marciapiedi è spesso rinforzato.Il risultato è un prodotto che ha i punti di forza di entrambi i materiali: l'acciaio è resistente alla tensione e il calcestruzzo è resistente alla compressione.
Durante l'indurimento, la duttilità dell'acciaio diminuisce e la sua durezza aumenta.In altre parole, si indurisce.A seconda della situazione, questo può essere un vantaggio, ma può anche essere uno svantaggio, poiché la durezza equivale alla fragilità.Cioè, più l'acciaio è duro, meno elastico è e quindi maggiore è la probabilità che si rompa.
In altre parole, ogni fase del processo richiede una certa duttilità del tubo.Man mano che la parte viene elaborata, diventa più pesante e, se è troppo pesante, in linea di principio è inutile.La durezza è fragilità e i tubi fragili sono soggetti a guasti durante l'uso.
Il produttore ha delle opzioni in questo caso?In breve, sì.Questa opzione è ricottura e, sebbene non sia esattamente magica, è quanto di più magico possa esserlo.
In termini semplici, la ricottura rimuove tutti gli effetti dell’impatto fisico sui metalli.Nel processo, il metallo viene riscaldato a una temperatura di distensione o ricristallizzazione, che si traduce nella rimozione delle dislocazioni.Pertanto, il processo ripristina parzialmente o completamente la duttilità, a seconda della temperatura e del tempo specifici utilizzati nel processo di ricottura.
La ricottura e il raffreddamento controllato favoriscono la crescita del grano.Ciò è utile se l'obiettivo è ridurre la fragilità del materiale, ma la crescita incontrollata dei grani può ammorbidire troppo il metallo, rendendolo inutilizzabile per l'uso previsto.Fermare il processo di ricottura è un'altra cosa quasi magica.La tempra alla giusta temperatura con il giusto agente indurente al momento giusto arresta rapidamente il processo e ripristina le proprietà dell'acciaio.
Dovremmo abbandonare le specifiche di durezza?NO.Le proprietà della durezza sono preziose, innanzitutto, come linea guida nella determinazione delle caratteristiche dei tubi di acciaio.La durezza è una misura utile e una delle numerose proprietà che devono essere specificate al momento dell'ordine del materiale tubolare e controllate al ricevimento (documentate per ogni spedizione).Quando un test di durezza viene utilizzato come standard di prova, deve avere valori di scala e limiti di controllo adeguati.
Tuttavia, questa non è una vera prova di superamento (accettazione o rifiuto) del materiale.Oltre alla durezza, i produttori dovrebbero controllare di tanto in tanto le spedizioni per determinare altre proprietà rilevanti come MYS, UTS o allungamento minimo, a seconda dell'applicazione del 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.
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