Cada protocolo de prueba (Brinell, Rockwell, Vickers) tiene procedimientos específicos para el objeto bajo prueba.

Cada protocolo de prueba (Brinell, Rockwell, Vickers) tiene procedimientos específicos para el objeto bajo prueba.La prueba t de Rockwell es útil para probar tuberías de paredes delgadas cortando la tubería a lo largo y verificando la pared de la tubería por el diámetro interior en lugar del diámetro exterior.
Pedir tuberías es un poco como ir a un concesionario de automóviles y pedir un automóvil o un camión.Ahora hay una gran cantidad de opciones disponibles que permiten a los compradores personalizar el automóvil de diversas maneras: colores interiores y exteriores, paquetes de acabado, opciones de estilo exterior, opciones de tren motriz y un sistema de audio que es casi tan bueno como un sistema de entretenimiento en el hogar.Con todas estas opciones, probablemente no estará satisfecho con un automóvil estándar y sencillo.
Esto se aplica a los tubos de acero.Tiene miles de opciones o especificaciones.Además de las dimensiones, la especificación menciona propiedades químicas y varias propiedades mecánicas, como el límite elástico mínimo (MYS), la resistencia máxima a la tracción (UTS) y el alargamiento mínimo hasta la falla.Sin embargo, muchos en la industria (ingenieros, agentes de compras y fabricantes) utilizan la taquigrafía de la industria y piden tuberías soldadas "simples" y enumeran sólo una característica: la dureza.
Intente pedir un automóvil según una característica (“Necesito un automóvil con transmisión automática”) y con el vendedor no llegará muy lejos.Tiene que completar un formulario con muchas opciones.Este es el caso de los tubos de acero: para conseguir un tubo adecuado para una aplicación, un fabricante de tubos necesita mucha más información que la dureza.
¿Cómo llegó a ser la dureza un sustituto aceptado de otras propiedades mecánicas?Probablemente empezó con los fabricantes de tuberías.Debido a que las pruebas de dureza son rápidas, fáciles y requieren equipos relativamente económicos, los vendedores de tuberías suelen utilizar pruebas de dureza para comparar dos tipos de tuberías.Todo lo que necesitan para realizar una prueba de dureza es un trozo de tubería liso y un banco de pruebas.
La dureza de la tubería está estrechamente relacionada con la UTS y una regla general (porcentaje o rango de porcentaje) es útil para estimar MYS, por lo que es fácil ver cómo las pruebas de dureza pueden ser un indicador adecuado para otras propiedades.
Además, otras pruebas son relativamente difíciles.Mientras que las pruebas de dureza tardan solo aproximadamente un minuto en una sola máquina, las pruebas MYS, UTS y de elongación requieren preparación de muestras y una inversión significativa en grandes equipos de laboratorio.En comparación, un operador de una fábrica de tubos completa una prueba de dureza en segundos, mientras que un metalúrgico especializado realiza una prueba de tracción en unas pocas horas.Realizar una prueba de dureza no es difícil.
Esto no significa que los fabricantes de tuberías de ingeniería no utilicen pruebas de dureza.Es seguro decir que la mayoría hace esto, pero dado que evalúan la repetibilidad y reproducibilidad del instrumento en todos los equipos de prueba, son muy conscientes de las limitaciones de la prueba.La mayoría lo utiliza para evaluar la dureza del tubo como parte del proceso de fabricación, pero no lo utiliza para cuantificar las propiedades del tubo.Es sólo una prueba de pasa/falla.
¿Por qué necesito saber MYS, UTS y elongación mínima?Indican el rendimiento del conjunto de tubos.
MYS es la fuerza mínima que provoca la deformación permanente del material.Si intentas doblar ligeramente un trozo de alambre recto (como una percha) y liberar la presión, sucederá una de dos cosas: volverá a su estado original (recto) o permanecerá doblado.Si todavía es recto, entonces aún no has superado MYS.Si todavía está doblado, fallaste.
Ahora agarre ambos extremos del cable con unos alicates.Si puedes romper un cable por la mitad, habrás superado la UTS.Lo tiras fuerte y tienes dos trozos de alambre para mostrar tus esfuerzos sobrehumanos.Si la longitud original del cable era de 5 pulgadas y las dos longitudes después de la falla suman 6 pulgadas, el cable se estirará 1 pulgada o 20%.Las pruebas de tracción reales se miden dentro de 2 pulgadas del punto de rotura, pero pase lo que pase: el concepto de tensión de línea ilustra el UTS.
Las muestras de micrografía de acero deben cortarse, pulirse y grabarse con una solución débilmente ácida (generalmente ácido nítrico y alcohol) para que los granos sean visibles.Se utiliza comúnmente un aumento de 100x para inspeccionar los granos de acero y determinar su tamaño.
La dureza es una prueba de cómo reacciona un material al impacto.Imagine que se coloca un trozo corto de tubo en un tornillo de banco con mandíbulas dentadas y se agita para cerrar el tornillo de banco.Además de alinear la tubería, las mordazas dejan una huella en la superficie de la tubería.
Así es como funciona la prueba de dureza, pero no es tan dura.La prueba tiene un tamaño de impacto controlado y una presión controlada.Estas fuerzas deforman la superficie, formando hendiduras o hendiduras.El tamaño o la profundidad de la abolladura determina la dureza del metal.
Al evaluar el acero, se utilizan comúnmente las pruebas de dureza Brinell, Vickers y Rockwell.Cada uno tiene su propia escala, y algunos de ellos tienen múltiples métodos de prueba como Rockwell A, B, C, etc. Para tuberías de acero, la especificación ASTM A513 se refiere a la prueba Rockwell B (abreviada como HRB o RB).La prueba B de Rockwell mide la diferencia en la fuerza de penetración de una bola de acero de 1⁄16 de pulgada de diámetro en acero entre una precarga ligera y una carga básica de 100 kgf.Un resultado típico para acero dulce estándar es HRB 60.
Los científicos de materiales saben que la dureza tiene una relación lineal con la UTS.Por tanto, la dureza dada predice UTS.De manera similar, el fabricante de tuberías sabe que MYS y UTS están relacionados.Para tuberías soldadas, MYS suele ser del 70 % al 85 % de UTS.La cantidad exacta depende del proceso de fabricación del tubo.La dureza del HRB 60 corresponde a UTS 60.000 libras por pulgada cuadrada (PSI) y aproximadamente el 80% de MYS, es decir, 48.000 PSI.
La especificación de tubería más común para la producción general es la dureza máxima.Además del tamaño, los ingenieros también están interesados ​​en especificar tuberías soldadas por resistencia (ERW) dentro de un buen rango operativo, lo que puede dar como resultado dibujos de piezas con una posible dureza máxima de HRB 60. Esta decisión por sí sola da como resultado una serie de propiedades mecánicas finales. incluida la dureza misma.
En primer lugar, la dureza del HRB 60 no nos dice mucho.La lectura del HRB 60 es un número adimensional.Los materiales clasificados en HRB 59 son más blandos que los probados en HRB 60, y HRB 61 es más duro que HRB 60, pero ¿en cuánto?No se puede cuantificar como el volumen (medido en decibeles), el par (medido en libras-pie), la velocidad (medido en distancia versus tiempo) o UTS (medido en libras por pulgada cuadrada).La lectura de HRB 60 no nos dice nada concreto.Es una propiedad material, no una propiedad física.En segundo lugar, la determinación de la dureza por sí sola no es adecuada para garantizar la repetibilidad o reproducibilidad.La evaluación de dos sitios en una muestra, incluso si los sitios de prueba están muy juntos, a menudo da como resultado lecturas de dureza muy diferentes.La naturaleza de las pruebas exacerba este problema.Después de una medición de posición, no se puede realizar una segunda medición para verificar el resultado.La repetibilidad de la prueba no es posible.
Esto no significa que la medición de la dureza sea inconveniente.En realidad, esta es una buena guía sobre temas de UTS y es una prueba rápida y sencilla.Sin embargo, cualquier persona involucrada en la definición, adquisición y fabricación de tubos debe ser consciente de sus limitaciones como parámetro de prueba.
Debido a que la tubería "normal" no está claramente definida, los fabricantes de tuberías generalmente la limitan a los dos tipos de acero y tubería más utilizados, según se define en ASTM A513:1008 y 1010, cuando corresponde.Incluso después de excluir todos los demás tipos de tuberías, las posibilidades para las propiedades mecánicas de estos dos tipos de tuberías siguen abiertas.De hecho, este tipo de tuberías tienen la gama más amplia de propiedades mecánicas de todos los tipos de tuberías.
Por ejemplo, un tubo se considera blando si el MYS es bajo y el alargamiento es alto, lo que significa que se comporta mejor en términos de estiramiento, deformación y deformación permanente que un tubo descrito como rígido, que tiene un MYS relativamente alto y un alargamiento relativamente bajo. ..Esto es similar a la diferencia entre alambre blando y alambre duro, como perchas y taladros.
El alargamiento en sí es otro factor que tiene un impacto significativo en las aplicaciones críticas de tuberías.Los tubos de alta elongación pueden resistir el estiramiento;Los materiales de bajo alargamiento son más frágiles y, por tanto, más propensos a sufrir fallos catastróficos por fatiga.Sin embargo, el alargamiento no está directamente relacionado con la UTS, que es la única propiedad mecánica directamente relacionada con la dureza.
¿Por qué las tuberías varían tanto en sus propiedades mecánicas?En primer lugar, la composición química es diferente.El acero es una solución sólida de hierro y carbono, así como de otras aleaciones importantes.Por simplicidad, nos ocuparemos únicamente del porcentaje de carbono.Los átomos de carbono reemplazan a algunos de los átomos de hierro, creando la estructura cristalina del acero.ASTM 1008 es un grado primario integral con contenido de carbono de 0% a 0,10%.Cero es un número especial que proporciona propiedades únicas con un contenido de carbono ultrabajo en el acero.ASTM 1010 define el contenido de carbono de 0,08% a 0,13%.Estas diferencias no parecen enormes, pero son suficientes para marcar una gran diferencia en otros lugares.
En segundo lugar, los tubos de acero se pueden fabricar o fabricar y posteriormente procesar en siete procesos de fabricación diferentes.ASTM A513 con respecto a la producción de tuberías ERW enumera siete tipos:
Si la composición química del acero y las etapas de fabricación de las tuberías no afectan la dureza del acero, ¿entonces qué?La respuesta a esta pregunta significa un estudio cuidadoso de los detalles.Esta pregunta lleva a otras dos preguntas: ¿qué detalles y qué tan cerca?
La primera respuesta es información detallada sobre los granos que componen el acero.Cuando el acero se produce en un laminador primario, no se enfría hasta formar una masa enorme con una sola propiedad.A medida que el acero se enfría, sus moléculas forman patrones repetidos (cristales), similares a cómo se forman los copos de nieve.Después de la formación de cristales, se combinan en grupos llamados granos.A medida que los granos se enfrían, crecen formando toda la hoja o placa.El crecimiento del grano se detiene cuando el grano absorbe la última molécula de acero.Todo esto sucede a nivel microscópico, con un grano de acero de tamaño mediano de aproximadamente 64 micrones o 0,0025 pulgadas de ancho.Si bien cada grano es similar al siguiente, no son iguales.Se diferencian ligeramente entre sí en tamaño, orientación y contenido de carbono.Las interfaces entre granos se denominan límites de grano.Cuando el acero falla, por ejemplo debido a grietas por fatiga, tiende a fallar en los límites de los granos.
¿Qué tan cerca hay que mirar para ver partículas distintas?Es suficiente un aumento de 100 veces o 100 veces la agudeza visual del ojo humano.Sin embargo, simplemente mirar el acero en bruto a la centésima potencia no sirve de mucho.Las muestras se preparan puliendo la muestra y grabando la superficie con un ácido, generalmente ácido nítrico y alcohol, lo que se denomina grabado con ácido nítrico.
Son los granos y su red interna los que determinan la resistencia al impacto, MYS, UTS y el alargamiento que el acero puede soportar antes de fallar.
Los pasos de fabricación de acero, como el laminado en frío y en caliente, transfieren la tensión a la estructura del grano;si cambian constantemente de forma, significa que la tensión ha deformado los granos.Otros pasos del procesamiento, como enrollar el acero en bobinas, desenrollarlo y pasarlo por un molino de tubos (para formar el tubo y el tamaño), deforman los granos de acero.El estirado en frío del tubo sobre el mandril también somete a tensión el material, al igual que los pasos de fabricación, como la formación de los extremos y el doblado.Los cambios en la estructura del grano se llaman dislocaciones.
Los pasos anteriores agotan la ductilidad del acero, es decir, su capacidad para resistir tensiones de tracción (desgarro).El acero se vuelve quebradizo, lo que significa que es más probable que se rompa si continúas trabajando con él.El alargamiento es un componente de la plasticidad (la compresibilidad es otro).Es importante comprender aquí que la falla ocurre con mayor frecuencia en tensión y no en compresión.El acero es bastante resistente a las tensiones de tracción debido a su alargamiento relativamente alto.Sin embargo, el acero se deforma fácilmente bajo tensión de compresión (es maleable), lo cual es una ventaja.
Compare esto con el hormigón, que tiene una resistencia a la compresión muy alta pero una ductilidad baja.Estas propiedades son opuestas al acero.Esta es la razón por la que el hormigón utilizado en carreteras, edificios y aceras suele estar reforzado.El resultado es un producto que tiene las fortalezas de ambos materiales: el acero es fuerte en tensión y el concreto es fuerte en compresión.
Durante el endurecimiento, la ductilidad del acero disminuye y su dureza aumenta.En otras palabras, se endurece.Dependiendo de la situación, esto puede ser una ventaja, pero también puede ser una desventaja, ya que dureza equivale a fragilidad.Es decir, cuanto más duro es el acero, menos elástico es y por tanto más probabilidades hay de que falle.
En otras palabras, cada paso del proceso requiere cierta ductilidad de la tubería.A medida que se procesa la pieza, se vuelve más pesada y, si es demasiado pesada, en principio es inútil.La dureza es fragilidad y los tubos quebradizos son propensos a fallar durante el uso.
¿Tiene el fabricante opciones en este caso?En resumen, sí.Esta opción es el recocido y, aunque no es exactamente mágica, es lo más mágica posible.
En términos simples, el recocido elimina todos los efectos del impacto físico sobre los metales.En el proceso, el metal se calienta hasta una temperatura de alivio de tensiones o de recristalización, lo que da como resultado la eliminación de las dislocaciones.Así, el proceso restaura parcial o completamente la ductilidad, dependiendo de la temperatura específica y el tiempo utilizado en el proceso de recocido.
El recocido y el enfriamiento controlado promueven el crecimiento del grano.Esto es beneficioso si el objetivo es reducir la fragilidad del material, pero el crecimiento incontrolado del grano puede ablandar demasiado el metal, dejándolo inutilizable para el uso previsto.Detener el proceso de recocido es otra cosa casi mágica.El enfriamiento a la temperatura adecuada con el agente endurecedor adecuado en el momento adecuado detiene rápidamente el proceso y restaura las propiedades del acero.
¿Deberíamos abandonar las especificaciones de dureza?No.Las propiedades de dureza son valiosas, en primer lugar, como guía para determinar las características de los tubos de acero.La dureza es una medida útil y una de varias propiedades que deben especificarse al pedir material tubular y verificarse al recibirlo (documentarse para cada envío).Cuando se utiliza una prueba de dureza como estándar de prueba, debe tener valores de escala y límites de control apropiados.
Sin embargo, esta no es una verdadera prueba de aprobación (aceptación o rechazo) del material.Además de la dureza, los fabricantes deben verificar los envíos de vez en cuando para determinar otras propiedades relevantes, como MYS, UTS o el alargamiento mínimo, según la aplicación de la tubería.
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