คุณสมบัติทางกลของท่อเหล็ก

คุณสมบัติทางกลของเหล็กเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญเพื่อให้มั่นใจในคุณสมบัติการใช้งานขั้นสุดท้าย (คุณสมบัติทางกล) ของเหล็ก, ซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและระบบบำบัดความร้อนของเหล็ก. ในมาตรฐานท่อเหล็ก, ตามความต้องการใช้งานที่แตกต่างกัน, คุณสมบัติแรงดึง (ความแข็งแรง, ความแข็งแรงของผลผลิตหรือจุดคราก, การยืดออก), ตัวชี้วัดความแข็งและความเหนียว, รวมถึงคุณสมบัติอุณหภูมิสูงและต่ำที่ผู้ใช้ต้องการ.
① แรงดึง (σb)
ระหว่างกระบวนการรับแรงดึง, กำลังสูงสุด (FB) ที่ตัวอย่างรับได้เมื่อมันแตกออก, และความเครียด (พี) ได้มาจากพื้นที่หน้าตัดเดิม (ดังนั้น) ของตัวอย่างเรียกว่า ความต้านแรงดึง (σb), และหน่วยเป็น N/mm2 (MPa). แสดงถึงความสามารถสูงสุดของวัสดุโลหะในการต้านทานความเสียหายภายใต้แรงตึง. สูตรการคำนวณคือ:
ในสูตร: FB–แรงสูงสุดที่ตัวอย่างรับเมื่อดึงออก, N (นิวตัน);
ดังนั้น–พื้นที่หน้าตัดเดิมของตัวอย่าง, mm2.
②จุดผลตอบแทน (σs)
สำหรับวัสดุโลหะที่มีปรากฏการณ์การให้ผลผลิต, ความเครียดที่ตัวอย่างสามารถยืดออกต่อไปได้โดยไม่เพิ่มแรง (ค่าคงตัวคงเหลือ) ในระหว่างการยืดเรียกว่าจุดคราก. ถ้าแรงลดลง, จุดครากบนและล่างควรแยกความแตกต่าง. หน่วยของจุดครากคือ N/mm2 (MPa).
จุดครากบน (σsu): ความเค้นสูงสุดก่อนผลผลิตตัวอย่างและแรงลดลงเป็นครั้งแรก;
จุดครากที่ต่ำกว่า (σsl): ความเค้นต่ำสุดในระยะครากเมื่อละเลยผลกระทบชั่วคราวเริ่มต้น.
สูตรคำนวณจุดครากคือ:
ในสูตร: Fs–แรงให้ผลผลิต (คงที่) ในระหว่างกระบวนการดึงตัวอย่าง, N (นิวตัน);
ดังนั้น–พื้นที่หน้าตัดเดิมของตัวอย่าง, mm2.
③การยืดตัวหลังการแตกหัก (พี)

ในการทดสอบแรงดึง, ร้อยละของความยาวที่เพิ่มขึ้นตามความยาวพิกัดของชิ้นงานทดสอบหลังจากที่แตกหักและความยาวของความยาวพิกัดเดิมเรียกว่าการยืดตัว. มันถูกแทนด้วย σ และหน่วยคือ %. สูตรการคำนวณคือ:
ในสูตร: L1–ความยาวเกจหลังจากตัวอย่างแตก, มม.;
L0–ความยาวพิกัดเดิมของตัวอย่าง, มม..
④อัตราการหดตัวของส่วน (เ)
ในการทดสอบแรงดึง, เปอร์เซ็นต์ของการลดขนาดสูงสุดของพื้นที่หน้าตัดที่เส้นผ่านศูนย์กลางที่ลดลงของชิ้นงานทดสอบหลังจากชิ้นงานทดสอบแตกหัก และพื้นที่หน้าตัดเดิมเรียกว่าอัตราการหดตัวของหน้าตัด. มันแสดงเป็น ψ และหน่วยคือ %. คำนวณได้ดังนี้:
ในสูตร: S0–พื้นที่หน้าตัดเดิมของตัวอย่าง, mm2;
S1–พื้นที่หน้าตัดต่ำสุดที่เส้นผ่านศูนย์กลางลดลงของตัวอย่างหลังการแตกหัก, mm2.
⑤ดัชนีความแข็ง
ความสามารถของวัสดุโลหะในการต้านทานการเยื้องของวัตถุแข็งเรียกว่าความแข็ง. ตามวิธีการทดสอบและขอบเขตการใช้งานที่แตกต่างกัน, ความแข็งสามารถแบ่งออกเป็นความแข็ง Brinell, ความแข็งร็อกเวลล์, ความแข็งวิกเกอร์ส, ความแข็งของชอร์, ความแข็งระดับไมโครและ อุณหภูมิสูง ความแข็ง. สำหรับท่อ, มีสามความแข็งที่ใช้กันทั่วไป: บริเนล, Rockwell และ Vickers.
NS. ความแข็งบริเนล (HB)
ใช้ลูกเหล็กหรือลูกปืนซีเมนต์คาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่แน่นอนกดลงบนพื้นผิวของตัวอย่างด้วยแรงทดสอบที่กำหนด (F), ลบแรงทดสอบหลังจากเวลาถือที่ระบุ, และวัดเส้นผ่านศูนย์กลางเยื้อง (NS) บนพื้นผิวของตัวอย่าง. ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง. แสดงใน HBS (ลูกเหล็ก), หน่วยเป็น N/mm2 (MPa).
ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง:
ในสูตร: F–ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง, N;
D–ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง, มม.;
d–ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง, มม..
ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง, ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง (MPa), ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง. ค่าความแข็งบริเนลคือผลหารของแรงทดสอบหารด้วยพื้นที่ผิวของทรงกลมเยื้อง, ความแข็งแบบบริเนลนั้นนิยมใช้กันมากที่สุด, และความแข็งของวัสดุมักจะแสดงโดยเส้นผ่านศูนย์กลางการเยื้อง d, ที่ทั้งใช้งานง่ายและสะดวก.
ตัวอย่าง: 120HBS10/1000130: บ่งชี้ว่าค่าความแข็งบริเนลที่วัดโดยลูกเหล็กที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 มม. ภายใต้การกระทำของแรงทดสอบ 1000Kgf (9.807KN) สำหรับ 30s (วินาที) คือ 120N/mm2 (MPa).
B. ความแข็งร็อกเวลล์ (HK)
การทดสอบความแข็งแบบ Rockwell, เหมือนกับการทดสอบความแข็งของบริเนล, เป็นวิธีการทดสอบการเยื้อง. ความแตกต่างคือมันวัดความลึกของการเยื้อง. นั่นคือ, ภายใต้การกระทำต่อเนื่องของกำลังทดสอบเริ่มต้น (โฟ) และกำลังทดสอบทั้งหมด (F), หัวกด (กรวยหรือลูกเหล็ก) ถูกกดลงบนพื้นผิวของตัวอย่าง, และหลังจากเวลาถือครองที่กำหนด, กำลังหลักจะถูกลบออก. แรงทดสอบ, ค่าความแข็งคำนวณจากการเพิ่มความลึกการเยื้องที่เหลือที่วัดได้ (e). ค่าของมันคือตัวเลขที่ไม่มีชื่อ, แสดงด้วยสัญลักษณ์HR, และตาชั่งที่ใช้ได้แก่ 9 ตาชั่งA, B, C, D, อี, F, กรัม, H, ในขณะเดียวกัน, ฯลฯ. ในหมู่พวกเขา, ตาชั่งที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการทดสอบความแข็งของเหล็กโดยทั่วไปคือA, B, C, คือ HRA, HRB, เหล็กแผ่นรีดร้อน.
ค่าความแข็งคำนวณโดยสูตรต่อไปนี้:
เมื่อทดสอบด้วยสเกล A และ C, HR = 100-e
เมื่อใช้การทดสอบมาตราส่วน B, HR = 130-e
ในสูตร, e–การเพิ่มความลึกเยื้องที่เหลือ, ซึ่งแสดงเป็นหน่วยที่กำหนด 0.002mm, นั่นคือ, เมื่อหัวกดเคลื่อนที่ตามแนวแกนหนึ่งหน่วย (0.002มม.), เทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงความแข็งของร็อกเวลล์จำนวนหนึ่ง. ยิ่งค่า e มากขึ้น, ยิ่งความแข็งของโลหะลดลง, และในทางกลับกัน, ความแข็งที่สูงขึ้น.
ขอบเขตการใช้งานของเครื่องชั่งทั้งสามข้างต้นมีดังนี้:
เกม (หัวกดเพชร) 20-88
เหล็กแผ่นรีดร้อน (หัวกดเพชร) 20-70
HRB (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.588 มม. หัวกดเหล็ก) 20-100
การทดสอบความแข็งแบบ Rockwell เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน, โดยที่ HRC เป็นอันดับสองรองจากความแข็ง Brinell HB ในมาตรฐานท่อเหล็ก. ความแข็งแบบ Rockwell สามารถใช้วัดวัสดุโลหะได้ตั้งแต่อ่อนมากไปจนถึงแข็งมาก. ชดเชยความไม่เพียงพอของวิธี Brinell. ง่ายกว่าวิธี Brinell และสามารถอ่านค่าความแข็งได้โดยตรงจากหน้าปัดของเครื่องความแข็ง. อย่างไรก็ตาม, เนื่องจากการเยื้องเล็กน้อย, ค่าความแข็งไม่แม่นยำเท่าวิธี Brinell.
C, ความแข็งวิกเกอร์ส (HV)
การทดสอบความแข็งของ Vickers เป็นวิธีการทดสอบการเยื้องเช่นกัน, ซึ่งก็คือการกดหัวกดเพชรพีระมิดสี่เหลี่ยมธรรมดาที่มีมุมของ 1360 หน้าตรงข้ามเข้าสู่พื้นผิวทดสอบด้วยแรงทดสอบที่เลือก (F), และนำการทดสอบออกหลังจากเวลาที่กำหนด. บังคับ, และวัดความยาวของเส้นทแยงมุมทั้งสองของการเยื้อง.
ค่าความแข็งของ Vickers คือผลหารที่ได้จากการหารแรงทดสอบด้วยพื้นที่ผิวของการเยื้อง, และสูตรการคำนวณคือ:
ในสูตร: HV–สัญลักษณ์ความแข็งของวิคเกอร์, N/mm2 (MPa);
F–แรงทดสอบ, N;
d–ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของเส้นทแยงมุมทั้งสองของการเยื้อง, มม..
แรงทดสอบ F ที่ใช้สำหรับความแข็งแบบวิคเกอร์คือ 5 (49.03), 10 (98.07), 20 (196.1), 30 (294.2), 50 (490.3), 100 (980.7) Kgf (N) หกเกรด, สามารถวัดค่าความแข็งได้ ช่วงคือ 5 ถึง 1000HV.
ตัวอย่างวิธีการเป็นตัวแทน: 640HV30/20 หมายความว่าค่าความแข็งของ Vickers วัดด้วยแรงทดสอบ 30Hgf (294.2N) สำหรับ 20S (วินาที) คือ 640N/mm2 (MPa).
วิธีความแข็งแบบ Vickers สามารถใช้วัดความแข็งของวัสดุโลหะที่บางมากและชั้นผิวได้. มีข้อดีหลักของวิธี Brinell และ Rockwell, และเอาชนะข้อบกพร่องพื้นฐานของพวกเขา, แต่มันไม่ง่ายเหมือนวิธี Rockwell. วิธีการ Vickers นั้นไม่ค่อยได้ใช้ในมาตรฐานท่อเหล็ก.
⑥ดัชนีความทนทานต่อแรงกระแทก
ความทนทานต่อแรงกระแทกสะท้อนถึงความต้านทานของโลหะต่อแรงกระแทกภายนอก, โดยทั่วไปแสดงโดยค่าความทนทานต่อแรงกระแทก (ถ้า) และแรงกระแทก (ถ้า), ซึ่งมีหน่วยเป็น J/cm2 และ J (จูลส์) ตามลำดับ.
การทดสอบความทนทานต่อแรงกระแทกหรือแรงกระแทก (เรียกว่า “การทดสอบแรงกระแทก”) แบ่งออกเป็น 3 ประเภท: อุณหภูมิปกติ, การทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูงเนื่องจากอุณหภูมิการทดสอบที่แตกต่างกัน; ตามรูปร่างของรอยบากตัวอย่าง, สามารถแบ่งออกเป็น “V”-รอยบากและ “U” การทดสอบแรงกระแทกรอยบากมีสองประเภท.
ทดสอบผลกระทบ: ใช้ตัวอย่างที่มีขนาดและรูปร่างที่แน่นอน (10×10×55มม.) (กับ “U” หรือ “V”-มีรอยบากตรงกลางทิศทางความยาว, ความลึกของรอยบากคือ2mm) ภายใต้แรงกระแทกของเครื่องทดสอบที่กำหนด. ทดลองหักที่รอยบาก.
NS. งานดูดซับแรงกระแทก Akv(ยู)–งานดูดซับด้วยลวดลายโลหะที่มีขนาดและรูปร่างที่แน่นอนเมื่อแตกภายใต้แรงกระแทก. หน่วยคือ Joule (เจ) หรือ Kgf.m.
B. ค่าความเหนียวของแรงกระแทก akv(ยู) – ผลหารที่ได้จากการหารพลังงานดูดซับแรงกระแทกด้วยพื้นที่หน้าตัดของด้านล่างที่รอยบากของตัวอย่าง. หน่วยคือจูล/cm2 (J/cm2) หรือแรงกิโลกรัม.m/cm2 (Kgf.m/cm2). สูตรการคำนวณคือ:
ในสูตร: อควา(ยู)–งานดูดซึมเมื่อตัวอย่างแตก, Kgf.m (เจ);
S – พื้นที่หน้าตัดด้านล่างของรอยบากตัวอย่าง, cm2.
อุณหภูมิทดสอบแรงกระแทกอุณหภูมิปกติคือ 20±50C; ช่วงอุณหภูมิการทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำคือ
สารทำความเย็นที่ใช้ในการทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำโดยทั่วไปจะไม่เป็นพิษ, โครงสร้างที่เหมาะสม, โลหะที่ไม่กัดกร่อนและของเหลวหรือก๊าซที่ไม่แข็งตัวที่อุณหภูมิทดสอบ. เช่นเอทานอลสัมบูรณ์ (แอลกอฮอล์), คาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นของแข็ง (น้ำแข็งแห้ง) หรือก๊าซไนโตรเจนเหลวที่ทำให้เป็นอะตอม (ไนโตรเจนเหลว).