Nerūdijančio plieno takumo stiprumas ir atsparumas tempimui: kodėl abu svarbūs dizainui

Kuo skiriasi nerūdijančio plieno takumo stiprumas ir atsparumas tempimui?

Atliekant standartinį tempimo bandymą, nerūdijančio plieno bandinys traukiamas tiesia linija, o apkrova ir pailgėjimas registruojami ir paverčiami inžinerine įtempių{0}}įtempimo kreive. Pirmoje tiesioje -kreivės dalyje įtempiai ir deformacijos yra tiesiogiai proporcingi (Huko dėsnis), o bandinys grįžta į pradinę formą, jei pašalinama apkrova - tai yra elastinga sritis. Kai kreivė nukrypsta nuo tos tiesios linijos, dalis deformacijos tampa nuolatinė ir medžiaga patenka į plastiko sritį. Įtempis to perėjimo metu yra takumo riba.

Kai apkrova tęsiasi praėjus našumui, inžinerinis įtempis vis didėja, nes medžiagos apdirbimas -kietėja (tas pats mechanizmas aprašytas EETA techniniame straipsnyje apie kietėjimo greitį), kol pasiekia didžiausią - tempimo stiprumą, dar vadinamą ribiniu tempimo stipriu (UTS). Už šios smailės bandinys pradeda lokaliai kakluoti, apkrova, kurią jis gali išlaikyti, iš tikrųjų krenta, nors tikrasis įtempis kaklo srityje nuolat kyla, o dalis lūžta. Trumpai tariant: takumo riba yra saugaus, atkuriamo naudojimo riba; atsparumas tempimui yra konstrukcijos išlikimo riba.

Kodėl nerūdijantis plienas naudoja 0,2% poslinkio metodą, o ne matomą išeigos tašką?

Anglies plienas paprastai rodo viršutinę ir apatinę takumo tašką - matomas apkrovos kritimas tiesiai prie elastingo -plastiko perėjimo -, nes intersticiniai atomai trumpam suspaudžia dislokacijas. Austenitinis nerūdijantis plienas taip elgiasi ne taip, o jo kreivė virš elastingumo ribos lenkiasi sklandžiai, o ne smarkiai susilenkia. Norint gauti nuoseklų, atkuriamą skaičių projektavimo ir specifikacijos tikslais, ASTM A370 (nurodytas ASTM A240) nerūdijančiam plienui reikalingas 0,2 % poslinkio metodas: nuolatinė 0,2 % plastikinė deformacija apibrėžiama kaip praktinė derėjimo pradžia, net jei prieš tai techniškai techniškai atsiranda mažesnis plastikinės deformacijos kiekis.

Šis susitarimas yra svarbus nustatant, kaip skaitote malūno bandymo ataskaitą. Ant 304 arba 316 MTR atspausdinta „takumo stipris“ visada yra 0,2 % poslinkio vertė, nebent būtų aiškiai nurodytas kitas poslinkis, ir jis yra tiesiogiai palyginamas pagal rūšis, įkaitinimus ir malūnus tik todėl, kad kiekvienas iš jų naudoja tą patį 0,2 % apibrėžimą.

Kaip nerūdijančio plieno šeimų išeiga ir tempiamasis stiprumas lyginami?

Minimalios ASTM A240 vertės atkaitintoms plokštėms/lakštams ir paskelbtiems termiškai apdoroto 410 malūno techniniams duomenims. Faktinės savybės skiriasi priklausomai nuo karščio, gaminio formos ir storio; prieš naudodami projektuojant ar perkant, patikrinkite pagal konkretaus malūno bandymo ataskaitą (MTR).

Kodėl derlingumo{0}}ir{1}}tempimo santykis yra geresnis projektavimo rodiklis nei bet kuris skaičius atskirai?

Dviejų medžiagų tempiamasis stipris gali būti toks pat ir eksploatacijos metu elgtis visiškai skirtingai, jei skiriasi jų takumo ribos. Mažas Y/T santykis reiškia didelę plastinę sritį: medžiaga matomai išsitempia, perskirsto vietinį įtempimą ir įspėja, kol ji galutinai sugenda, o tai yra viena iš priežasčių, kodėl atkaitintas austenitinis nerūdijantis plienas gerai veikia tais atvejais, kai perkrovos įvykiai, seisminis aktyvumas ar smūginė apkrova kelia susirūpinimą. Didelis Y/T santykis reiškia, kad medžiaga išlaiko didesnę savo stiprumo dalį arti paviršiaus, - naudinga siekiant maksimaliai padidinti apkrovą-svorio vieneto ar skerspjūvio-svorio vienetui, bet turi mažesnę plastiškumo{5}} rezervą, jei dalis kada nors stumiama už takumo ribos.

Būtent dėl ​​​​šios priežasties dupleksas 2205 yra skirtas naudoti svoriui -jautriam ar aukštam- slėgiui (jūros platformoms, gėlinimo vamzdynams), kur dėl didesnio takumo stiprumo galima naudoti plonesnes sieneles, kad būtų pasiektas toks pat projektinis slėgis, o standartinės austenito rūšys išlieka numatytasis pasirinkimas bendrajai gamybai, kai lankstumas, suvirinamumas ir plačios saugos ribos yra svarbesni.

Kaip projektavimo kodai, tokie kaip ASME ir ASTM, iš tikrųjų naudoja derlingumą ir tempimo jėgą?

Tiek ASME Section VIII (slėginiai indai), tiek ASME B31.3 (proceso vamzdynai) sudaro leistinas įtempių lenteles pagal tą pačią logiką: atsparumas tempimui lemia saugos koeficientą nuo plyšimo, o takumo riba – saugos koeficientą nuo nepriimtinos nuolatinės deformacijos. Daugumos anglies ir mažai legiruotų plieno Austenitinis nerūdijantis plienas ir panašūs nikelio lydiniai yra traktuojami skirtingai, nes jų deformacijų elgesys yra toks plastiškas: ASME privalomame priede dėl įtempių verčių nustatymo II skyriuje konkrečiai leidžiama naudoti alternatyvų, didesnį leistiną įtempį - iki 90 % takumo ribos esant temperatūrai - šioms medžiagoms, kol pati deformacija, esant projektinei apkrovai, yra šiek tiek didesnė.

Praktiškai tai reiškia, kad 304 arba 316 slėgio komponentas dažnai gali būti suprojektuotas taip, kad jo takumo riba būtų didesnė nei lygiavertis anglinio plieno komponentas, iš dalies kompensuojant mažesnę nerūdijančiojo plieno absoliučią takumo ribą, palyginti su dupleksu arba termiškai apdorotomis martensitinėmis rūšimis. Tai taip pat reiškia, kad ASME kodų lentelėje išspausdinta leistina įtempių vertė niekada nėra vien tik „takumo stipris“ arba „tempiamasis stipris“ - tai yra kodu-apibrėžtas abiejų derinys, filtruojamas pagal saugos koeficientą, kuris skiriasi priklausomai nuo medžiagų šeimos.

Ar šaltas apdirbimas keičia derlingumo ir tempimo stiprumo santykį?

Išsamus straipsnis apie austenitinio nerūdijančio plieno kietėjimo greitį, pvz., 301 ir 304 markės turi didelį deformacijos -kietėjimo rodiklį (n-vertę), o tai reiškia, kad srauto įtempis smarkiai didėja dėl plastikinės deformacijos. Kadangi takumo riba matuojama labai anksti toje kreivėje, o tempiamasis stipris matuojamas smailėje, ankstyvoji, stačios kreivės dalis padidina takumo ribą proporcingai labiau, nei padidina jau -didelį tempimo stiprumą. Pavyzdžiui, šaltai valcuotas visiškai-kietas 301 gali pasiekti takumo ribą, artėjantį prie tempimo stiprumo, o tai reiškia, kad nuo „pradeda deformuotis“ iki „sugedimo“ lieka labai mažai papildomos apkrovos, - tiesioginė, praktiška to paties TRIP ir išnirimo-kietėjimo mechanizmų, dėl kurių nerūdijantis plienas tampa pirmoje vietoje, 304.

Tai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios grūdinta nerūdijančio plieno juosta (1/4 kietos, 1/2 kietos, visiškai kietos pagal ASTM A666) priklauso nuo grūdinimo, o ne tik pagal laipsnį: mechaninės savybės, o ypač našumo - ir- santykis, labai pasikeičia vienoje klasėje, atsižvelgiant į tai, kiek šalto darbo jau buvo atlikta prieš pradedant eksploatuoti dalį.

Kuris turtas turėtų padėti pasirinkti medžiagą tam tikrai programai?

Slėginiai indai, vamzdynai ir konstrukciniai komponentai

Komponentų, kuriems veikia nuolatinės arba ciklinės eksploatacinės apkrovos, - vamzdis, flanšai, indo korpusai, konstrukciniai laikikliai - takumo riba yra pagrindinis projektinis veiksnys, nes nuolatinė deformacija, kad ir maža, rodo funkcinį gedimą, net jei dalis nėra plyšusi. Tada taikomas konstrukcijos kodas (ASME VIII skyrius, ASME B31.3 arba lygiavertis) taiko savo saugos koeficiento logiką, nurodydamas tempimo stiprumą kaip antrinį patikrinimą, ar nėra plyšimo.

Smūgį, perkrovą ir energiją{0}}sugeriančios programos

Komponentams, kuriems kartais gali pasireikšti perkrova, smūgis ar seisminiai įvykiai, - gaudymo mechanizmai, apsauginiai turėklai, tam tikri automobilių ir transporto komponentai - plotas, veikiamas visos įtempimo-įtempimo kreivės iki lūžimo (stiprumo ir pailgėjimo derinys), yra svarbesnis nei vien takumo stiprumas, nes medžiaga su plačia Y/T riba prieš sulūždama sugeria daugiau energijos. Čia mažo -Y/T-santykio atkaitintas austenitinis laipsnis dažnai pranoksta didesnės-išeigos, bet mažesnio-plastiškumo alternatyvą, nors duomenų lape jos takumo vertės skaičius atrodo mažesnis.

Tvirtinimo detalės ir varžtinės jungtys

Varžtų abi savybės taikomos skirtingai: atspari apkrova (glaudžiai susijusi su takumo stipriu) nustato, kiek išankstinės apkrovos tvirtinimo elementas gali saugiai išlaikyti be nuolatinio tempimo, o atsparumas tempimui, išbandytas pagal didesnį saugos koeficientą pagal ASME kodo reikalavimus, taikomus varžtų medžiagoms, lemia didžiausią atsparumą tvirtinimo detalės gedimui. Tvirtinimo elementų klasės ir medžiagos pasirinkimas vien tik pagal tempimo stiprumą, netikrinus našumo{1}}pagal išankstinį apkrovą, yra dažna specifikacijų klaida.

Dažnai užduodami klausimai

K: Ar nerūdijančio plieno takumo riba visada geresnė?

A: Ne automatiškai. Didesnė takumo riba leidžia naudoti plonesnę sekciją arba lengvesnį komponentą, esant tokiai pačiai apkrovai, tačiau paprastai yra didesnis Y/T santykis ir mažesnė plastiškumo riba prieš lūžimą. Tinkamas pasirinkimas priklauso nuo to, ar taikymas vertina maksimalų stiprumą svorio vienetui (pirmybę teikiant dvipusiam arba šaltai apdorotoms klasėms), ar didžiausią plastiškumo rezervą ir atleidimą esant perkrovai (pirmiausia atkaitintoms austenitinėms rūšims).

Kl .: Kodėl 304 ir 316 išeiga ir tempiamasis stipris yra beveik vienodi?

A: Abi yra austenitinės klasės, kurių paviršius -centruota kubinė mikrostruktūra ir panašus anglies bei azoto kiekio diapazonas, todėl ASTM A240 nustato iš esmės tokias pačias minimalias mechanines savybes abiem atkaitintomis sąlygomis - 205 MPa (30 ksi) minimalus išeiga ir 515 MPa (75 ksi) minimalus tempimas. Jų tikrasis skirtumas yra atsparumas korozijai, kurį skatina molibdenas 316, o ne pradinis stiprumas.

Kl.: Kodėl dupleksinio 2205 takumo riba yra daug didesnė nei 304, o tempimo stipris skiriasi mažiau?

A: Duplex 2205 maždaug 50/50 austenito -ferito mikrostruktūra ir azoto lydinys žymiai padidina įtempį, reikalingą plastinei deformacijai pradėti, o tai beveik visiškai pasireiškia kaip didesnė takumo riba. Atsparumas tempimui, pasiekiamas tik po žymaus sukietėjimo ir iškirpimo, pakyla mažesniu santykiniu dydžiu, todėl 2205 Y/T santykis (apie 0,73) yra daug didesnis nei 304 (apie 0,40).

Kl.: Ar takumo stiprumas arba atsparumas tempimui lemia slėginio vamzdžio sienelės storį?

A: Nei vienas, - reglamentuojantis projektavimo kodas (pvz., ASME B31.3) neapskaičiuoja leistino įtempio, kuris yra mažesnis iš tempiamojo stiprio dalies (padalinto iš 3,5 saugos koeficiento) ir takumo stiprio dalies (paprastai du-trečdaliai arba iki 90 proc., kai austenitinio austenitinio autenitinio kodo autenitetas). Tada sienelės storis nustatomas pagal tą leistiną įtempį, o ne tiesiogiai pagal bet kurią žaliavos savybę.

Kl.: Ar termiškai apdorojant nerūdijančio plieno 304 arba 316 takumo ribą galima padidinti taip, kaip 410?

A: Ne{0}} ir 316 yra austenitinės klasės, sustiprintos tik šaltu apdirbimu, o ne termiškai apdorojant - atkaitinimas juos suminkština, o ne sukietina. Priešingai, martensitines rūšis, tokias kaip 410, galima gesinti ir grūdinti, kad išeiga ir tempiamasis stipris būtų gerokai didesnis už atkaitinimo vertes, todėl 410 Y/T santykis ir absoliutus stiprumas gali labai skirtis priklausomai nuo temperamento.