خواص مکانیکی لوله DOM: استحکام، سختی و انتخاب ASTM A513

خواص مکانیکی لوله DOM چیست؟

خواص مکانیکی چگونگی واکنش یک لوله فولادی DOM به بار، تغییر شکل و سایش را مشخص می کند. برای مهندسان و خریدارانی که لوله‌های کشیده شده روی سنبه را تحت ASTM A513 نوع 5 مشخص می‌کنند، چهار معیار 90 درصد از تصمیمات انتخاب را تعیین می‌کنند: استحکام کششی، استحکام تسلیم، ازدیاد طول و سختی. استحکام کششی حداکثر تنشی است که لوله می تواند قبل از شکست تحمل کند. قدرت تسلیم نقطه تغییر شکل دائمی را نشان می‌دهد - روش جبران 0.2% تحت ASTM E8 این مقدار را تعیین می‌کند. ازدیاد طول، شکل‌پذیری را اندازه‌گیری می‌کند، که به صورت درصد کشش در طول گیج 2 اینچی گزارش شده است. سختی، به طور معمول راکول B (HRB)، مقاومت در برابر فرورفتگی را می سنجد و با ماشین کاری و عمر سایش مرتبط است. مجموع این اعداد تعیین می‌کنند که آیا یک لوله در برابر افزایش فشار هیدرولیک جان سالم به در می‌برد، در برابر خستگی در یک محور چرخان مقاومت می‌کند یا یک مجموعه فشرده فشرده را تحمل می‌کند.

لوله DOM خواص مکانیکی بالاتری نسبت به لوله های جوش داده شده استاندارد دارد زیرا کشش سرد فولاد را سخت می کند و ساختار دانه را اصلاح می کند. مرحله سنبه مهره جوش داخلی را حذف می کند، ضخامت دیواره یکنواخت و توزیع تنش را بهبود می بخشد. یک لوله معمولی 1026 DOM با کشش سرد، استحکام کششی نزدیک به 85000 psi را نشان می دهد - حدود 15 تا 20٪ بیشتر از همان درجه در شرایط جوش داده شده. درک تأثیر متقابل بین این ارزش ها به شما امکان می دهد قدرت، شکل پذیری و هزینه را بدون مهندسی بیش از حد متعادل کنید.

ASTM A513 نوع 5: خواص مکانیکی استاندارد بر اساس درجه مواد

ASTM A513 نوع 5 لوله های کربنی و فولادی آلیاژی جوش داده شده با مقاومت الکتریکی را پوشش می دهد که به سردی روی یک سنبه کشیده شده است. استاندارد مجموعه ثابتی از خواص مکانیکی را برای همه درجه ها تجویز نمی کند. در عوض، املاک بین تولید کننده و خریدار توافق می شود. با این حال، دهه‌ها عمل آسیاب، مقادیر معمولی قابل اعتمادی را برای مشخص‌ترین گریدها ایجاد کرده است. جدول زیر حداقل های نماینده برای لوله های DOM 1020، 1026 و 4130 را در شرایط ترسیم شده نشان می دهد. این اعداد با مشخصات تجاری مطابقت دارند و می توانند برای طراحی اولیه استفاده شوند.

لوله 1026 DOM اسباب کار برای سیلندرهای هیدرولیک و اجزای ساختاری است که در آن هزینه و استحکام باید متعادل شود. تحویل می دهد تا 85 ksi کششی و 75 ksi تسلیم در حالت رسم شده که مستقیماً فشارهای کاری بالاتر را بدون افزایش ضخامت دیوار پشتیبانی می کند. 1020 شکل پذیری فوق العاده ای را ارائه می دهد - ازدیاد طول 25% به این معنی است که می تواند تنش های شکل دهی و جوشکاری را بهتر از 1026 جذب کند. لوله DOM آلیاژی 4130 سختی پذیری بالاتری را اضافه می کند. استحکام کششی 95 ksi آن در شرایط کششی آن را برای قطعاتی که تحت عملیات حرارتی بعدی قرار می‌گیرند برای نسبت استحکام به وزن بالاتر مناسب می‌سازد.

چگونه عملیات حرارتی خواص مکانیکی لوله DOM را خیاط می کند

کشش سرد استحکام را افزایش می‌دهد، اما می‌تواند مواد را در حالتی تحت فشار و انعطاف‌پذیری کمتر قرار دهد. عملیات حرارتی پنجره خاصیت وسیع تری را برای همان شیمی پایه باز می کند. سه فرآیند حرارتی متداول - بازپخت، نرمال کردن، و خاموش کردن و تمپر - هر کدام تعادل استحکام و شکل‌پذیری را به روشی قابل پیش‌بینی تغییر می‌دهند. جدول زیر تاثیر روی لوله 1026 DOM را نشان می دهد.

بازپخت لوله را نرم می‌کند و حداکثر شکل‌پذیری را بازیابی می‌کند - اگر قطعه شاهد شکل‌گیری سرد یا جوشکاری سنگین باشد، بسیار مهم است. نرمال کردن، استرس داخلی را کاهش می دهد و در عین حال استحکام متوسطی را حفظ می کند، که اغلب قبل از ماشینکاری استفاده می شود. خاموش کننده و معتدل استحکام تسلیم را نزدیک به 100 ksi می کند و در عین حال ازدیاد طول کار را باقی می گذارد . برای یک میله سیلندر هیدرولیک که برای مقاومت در برابر سایش به سختی بالاتر از HRC 25 نیاز دارد، فرآیند Q&T در 1026 یا 4130 مسیر روشنی است. همان لوله در شرایطی که کشیده شده باشد، بسیار نرم خواهد بود و در عملیات سیکل بالا، خطر تلف شدن را دارد. خریدار که وضعیت عملیات حرارتی خاص را می‌داند، می‌تواند از سفارش لوله‌های بیش از حد سخت شده که در حین شکل‌دهی ترک می‌خورد یا لوله‌های کم‌استحکام که در سرویس‌دهی خراب می‌شود، اجتناب کند.

DOM در مقابل سرد کشیده شده بدون درز (CDS): مقایسه خواص مکانیکی

لوله های بدون درز DOM و سرد کشیده شده برای دقت ابعادی به صورت سرد کار می کنند، اما از اشکال خام مختلف شروع می شوند. DOM به صورت نوار نورد تخت شروع می شود، شکل می گیرد و جوش داده می شود، سپس به صورت سرد کشیده می شود - خط جوش غیر قابل تشخیص می شود. CDS از یک شمش سوراخ شده ساخته شده است که بدون جوش کشیده شده است. وجود جوش در DOM باعث تضعیف لوله نمی شود. کشش سرد ساختار ریخته گری ناحیه جوش را پاک می کند. در واقع، DOM 1026 اغلب نمایش می دهد 10-15٪ قدرت تسلیم بالاتر از CDS 1026 زیرا کار سرد حاصل از کشش هم بر روی فلز پایه و هم بر روی ناحیه جوش متبلور شده عمل می کند. جدول زیر اعداد را در کنار هم قرار داده است.

DOM دارای لبه ای است که در آن استحکام تسلیم بالا ضخامت دیواره مورد نیاز، وزن برش و هزینه را کاهش می دهد. ازدیاد طول کمی کمتر DOM به ندرت در کاربردهای خستگی ساکن یا چرخه کم اهمیت دارد. زمانی که قطعه برای شعله ور شدن یا خمش شدید یا زمانی که شجره نامه بدون درز نیاز مشتری باشد، همچنان برنده است. برای بیشتر کاربردهای مکانیکی - بشکه‌های سیلندر هیدرولیک، محورهای محرک، غلطک‌های نوار نقاله - DOM نسبت مقاومت به هزینه بهتری را ارائه می‌کند. نکته اصلی تطبیق شکل ازدیاد طول با فرآیند شکل دهی شما است. اگر مغازه شما لوله را به شعاع خط مرکزی دوبعدی خم کند، DOM 1026 با کشیدگی 15 درصد موفق می شود. در شعاع 1 بعدی، ممکن است به DOM یا CDS آنیل شده نیاز داشته باشید.

چگونه تحمل های بعدی بر عملکرد مکانیکی تأثیر می گذارد

خواص مکانیکی در خلاء وجود ندارد. توانایی یک لوله برای نگه داشتن فشار یا تحمل بارگذاری چرخه ای به ضخامت دیواره و بیضی بودن آن بستگی دارد. لوله‌های DOM برای تحمل‌های OD و دیواره‌ای محکم‌تر از لوله‌های جوش داده شده عرضه می‌شوند - معمولاً 0.005 ± اینچ در OD و ± 10 درصد روی دیوار. این اعداد مستقیماً به حاشیه های ایمنی تبدیل می شوند. با استفاده از فرمول بارلو برای مخازن تحت فشار دیوار نازک، می توانید فشار داخلی مجاز را محاسبه کنید: P = (2 × S × t) ÷ D، که در آن S تنش مجاز است (اغلب 50٪ تسلیم)، t حداقل دیواره، و D حداکثر OD است.

یک لوله 2000 اینچی OD × 0.120 اینچی دیواری 1026 DOM با بازده psi 75000 را در نظر بگیرید. S = 37500 psi. در ابعاد اسمی، P = (2 × 37،500 × 0.120) ÷ 2.000 = 4500 psi. اکنون تحمل‌های عامل: حداقل دیوار مجاز 0.108 اینچ (-10%)، حداکثر OD 2.005 اینچ. P_min = (2 × 37500 × 0.108) ÷ 2.005 = 4040 psi - کاهش 10 درصدی فشار کار ایمن از یک پشته تحمل کوچک. برای بخش حساس به خستگی مانند لوله ضربه گیر، تغییر دیواره دامنه تنش را تغییر می دهد. تلورانس‌های سخت‌تر، قطعه را در داخل پاکت طرح مورد نظر بدون نیاز به پرش به ضخامت دیواره بزرگتر بعدی نگه می‌دارد.

هنگام تعیین لوله DOM برای مرز فشار، همیشه با حداقل شرایط تحمل طراحی کنید، نه اسمی. درخواست تحمل ضخامت دیوار بیشتر از پیش‌فرض ASTM - برای مثال ± 7٪ - ممکن است هزینه‌ای را به همراه داشته باشد اما خطر پنهان را در سیستم‌های هیدرولیک چرخه بالا حذف می‌کند.

انتخاب مبتنی بر برنامه: تطبیق ویژگی ها با موارد استفاده

انتخاب موفق مواد به جای تثبیت بر روی یک خاصیت واحد، ترکیبی از استحکام کششی، سختی، ازدیاد طول و پایداری ابعادی را در برابر بارها، مراحل شکل‌دهی و الزامات سطحی مجموعه نهایی می‌سنجد. ماتریس تصمیم زیر چهار کاربرد معمول لوله DOM را با اولویت‌های ویژگی و درجه و عملیات حرارتی توصیه‌شده به هم متصل می‌کند.

در سیلندرهای هیدرولیک، بشکه باید در برابر تنش حلقه بدون تغییر شکل دائمی مقاومت کند. راندمان 75 ksi 1026 DOM به اندازه کشیده شده، دیواره های نازک تری را برای فشار سوراخ مشخص می دهد، در حالی که پرداخت سطح آن - معمولاً 30 تا 50 Ra بعد از اسکیت کردن و برش غلتکی - اصطکاک آب بند را کاهش می دهد. تلورانس شناسه 0.002 ± اینچ در لوله هن شده DOM تماس مهر و موم پیستون را ثابت نگه می دارد. برای یک محور محرک، قدرت پیچشی غالب است. یک لوله Q&T 1026 DOM تسلیم را به 95 ksi می رساند و به طراح اجازه می دهد OD را کاهش دهد و اینرسی چرخشی را بدون از بین بردن عمر خستگی ذخیره کند. در کمک فنرها، زبری ID به طور مستقیم قوام میرایی را کنترل می کند. یک لوله 1026 آنیل شده با سختی HRB 70 به طور یکنواخت به Ra 0.2-0.4 میکرومتر. برای قفس‌های رول ساختاری، ازدیاد طول 25% 1020 DOM انرژی برخورد را از طریق تغییر شکل پلاستیک قبل از شکست جذب می‌کند، خاصیتی که هیچ عدد مقاومتی به تنهایی نمی‌تواند تضمین کند.

نکات کلیدی برای تعیین خواص مکانیکی لوله DOM

انتخاب لوله DOM بیش از یک برگه داده روشن می شود. خواص خام به درجه شروع، سطح کار سرد و تاریخچه حرارتی بستگی دارد. 1026 به شما 85 ksi کششی و 75 ksi بازدهی را به شکل رسم شده می دهد که برای اکثر استفاده های فشاری و سازه ای کافی است. 4130 در را برای سخت شدن پس از کشش برای قطعات مستعد سایش باز می کند. عملیات حرارتی می تواند افزایش طول را از 12% به 28% تغییر دهد و به شما امکان کنترل شکل پذیری را می دهد. و انتخاب های تلورانس مستقیماً فشارهای عملیاتی ایمن را اغلب تا 10 درصد یا بیشتر تغییر می دهد. هنگامی که این عوامل را با نیازهای خاص برنامه خود - سیلندر، شفت، جاذب یا قاب - ترکیب می کنید، حدس زدن را متوقف می کنید و مهندسی با داده ها را شروع می کنید. برای درجه دقیق، عملیات حرارتی و الزامات ابعادی که توسط گزارش‌های آزمایش آسیاب پشتیبانی می‌شوند، با متخصصی مشورت کنید که می‌تواند لوله DOM را با خواص مکانیکی دقیق مورد نیاز طراحی شما ارائه دهد.