Αντοχή απόδοσης έναντι αντοχής σε εφελκυσμό σε ανοξείδωτο χάλυβα: Γιατί και τα δύο έχουν σημασία για το σχεδιασμό

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της αντοχής διαρροής και της αντοχής σε εφελκυσμό στον ανοξείδωτο χάλυβα;

Κατά τη διάρκεια μιας τυπικής δοκιμής εφελκυσμού, ένα δείγμα από ανοξείδωτο χάλυβα τραβιέται σε ευθεία γραμμή ενώ το φορτίο και η επιμήκυνση καταγράφονται και μετατρέπονται σε μια καμπύλη τάσεων μηχανικής-παραμόρφωσης. Στο πρώτο, ευθύ- τμήμα αυτής της καμπύλης, η τάση και η παραμόρφωση είναι ευθέως ανάλογες (νόμος του Hooke) και το δείγμα επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα εάν αφαιρεθεί το φορτίο - αυτή είναι η ελαστική περιοχή. Μόλις η καμπύλη λυγίσει μακριά από αυτήν την ευθεία γραμμή, μέρος της παραμόρφωσης γίνεται μόνιμη και το υλικό έχει εισέλθει στην πλαστική περιοχή. Η πίεση σε αυτή τη μετάβαση είναι η δύναμη διαρροής.

Καθώς η φόρτωση συνεχίζει την απόδοση, η μηχανική καταπόνηση συνεχίζει να αυξάνεται επειδή η εργασία υλικού-σκληραίνει (ο ίδιος μηχανισμός που καλύπτεται στο τεχνικό άρθρο της ΕΕΤΑ σχετικά με τον ρυθμό σκλήρυνσης εργασίας) μέχρι να φτάσει στο μέγιστο - την αντοχή εφελκυσμού, που ονομάζεται επίσης τελική αντοχή εφελκυσμού (UTS). Πέρα από αυτή την κορυφή, το δείγμα αρχίζει να αυχένα τοπικά, το φορτίο που μπορεί να υποστηρίξει πέφτει πραγματικά, παρόλο που η πραγματική πίεση στην περιοχή του λαιμού συνεχίζει να ανεβαίνει και το τμήμα σπάει. Εν ολίγοις: η ισχύς διαρροής είναι το όριο της ασφαλούς, ανακτήσιμης χρήσης. η αντοχή σε εφελκυσμό είναι το όριο της δομικής επιβίωσης.

Γιατί ο ανοξείδωτος χάλυβας χρησιμοποιεί τη μέθοδο μετατόπισης 0,2% αντί για ορατό σημείο απόδοσης;

Ο ανθρακούχο χάλυβας συνήθως εμφανίζει ένα ανώτερο και κατώτερο σημείο διαρροής - μια ορατή βύθιση στο φορτίο ακριβώς στην ελαστική-πλαστική μετάβαση - λόγω των ενδιάμεσων ατόμων που καρφώνουν για λίγο τις εξαρθρώσεις. Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας δεν εμφανίζει αυτή τη συμπεριφορά με τον ίδιο τρόπο και η καμπύλη του πέρα ​​από το όριο ελαστικότητας κάμπτεται ομαλά αντί να συστρέφεται απότομα. Για να ληφθεί ένας συνεπής, αναπαραγώγιμος αριθμός για σκοπούς σχεδιασμού και προδιαγραφών, το ASTM A370 (αναφέρεται από το ASTM A240) απαιτεί τη μέθοδο αντιστάθμισης 0,2% για τον ανοξείδωτο χάλυβα: μια μόνιμη πλαστική παραμόρφωση 0,2% ορίζεται ως η πρακτική έναρξη της απόδοσης, ακόμα κι αν προκύψει κάποια νωρίτερα, μικρότερη ποσότητα πλαστικού πριν από αυτό το τεχνικό σημείο παραμόρφωσης.

Αυτή η σύμβαση έχει σημασία για το πώς διαβάζετε μια αναφορά δοκιμής μύλου. Η "ισχύς απόδοσης" που εκτυπώνεται σε ένα 304 ή 316 MTR είναι πάντα η τιμή μετατόπισης 0,2%, εκτός εάν αναφέρεται ρητά άλλη μετατόπιση και είναι άμεσα συγκρίσιμη μεταξύ των βαθμών, των θερμοτήτων και των ελαιοτριβείων μόνο επειδή κάθε ένα από αυτά χρησιμοποιεί τον ίδιο ορισμό 0,2%.

Πώς συγκρίνονται η απόδοση και η αντοχή σε εφελκυσμό μεταξύ των οικογενειών από ανοξείδωτο χάλυβα;

Ελάχιστες τιμές ανά ASTM A240 για πλάκα/φύλλο σε κατάσταση ανόπτησης και δημοσιευμένα τεχνικά στοιχεία μύλου για θερμική-επεξεργασία 410. Οι πραγματικές ιδιότητες διαφέρουν ανάλογα με τη θερμότητα, τη μορφή προϊόντος και το πάχος. επαληθεύστε με τη συγκεκριμένη αναφορά δοκιμής μύλου (MTR) πριν από τη χρήση στο σχεδιασμό ή την προμήθεια.

Γιατί η αναλογία απόδοσης-προς-εφελκυσμού είναι καλύτερος δείκτης σχεδίασης από τον αριθμό μόνο;

Δύο υλικά μπορεί να έχουν την ίδια αντοχή σε εφελκυσμό και να συμπεριφέρονται εντελώς διαφορετικά κατά τη λειτουργία, εάν οι αντοχές διαρροής τους διαφέρουν. Μια χαμηλή αναλογία Y/T σημαίνει μεγάλη πλαστική περιοχή: το υλικό τεντώνεται ορατά, ανακατανέμει την τοπική πίεση και προειδοποιεί πριν τελικά αποτύχει, κάτι που είναι ένας λόγος που ο ανοπτημένος ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας έχει καλή απόδοση σε εφαρμογές όπου τα γεγονότα υπερφόρτωσης, η σεισμική δραστηριότητα ή η κρουστική φόρτιση αποτελούν ανησυχία σχεδιασμού. Η υψηλή αναλογία Y/T σημαίνει ότι το υλικό μεταφέρει περισσότερο από την αντοχή του κοντά στην επιφάνεια - χρήσιμο για τη μεγιστοποίηση του φορτίου-φορητικής ικανότητας ανά μονάδα βάρους ή διατομής-, αλλά με λιγότερο ενσωματωμένο-απόθεμα όλκιμου εάν το εξάρτημα ωθηθεί ποτέ πέρα ​​από το σημείο διαρροής του.

Αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο το duplex 2205 καθορίζεται για εφαρμογές ευαίσθητες σε βάρος ή υψηλής

Πώς οι Κώδικες Σχεδιασμού όπως το ASME και το ASTM χρησιμοποιούν στην πραγματικότητα την απόδοση έναντι της αντοχής σε εφελκυσμό;

Τόσο το ASME Section VIII (δοχεία πίεσης) όσο και το ASME B31.3 (σωλήνωση διεργασίας) κατασκευάζουν τους πίνακες επιτρεπόμενων τάσεων με βάση την ίδια λογική: η αντοχή εφελκυσμού διέπει έναν παράγοντα ασφαλείας έναντι της θραύσης και η αντοχή διαρροής διέπει έναν παράγοντα ασφαλείας έναντι απαράδεκτης μόνιμης παραμόρφωσης. Για τους περισσότερους χάλυβες με άνθρακα και χαμηλού{2}}κράματος, η επιτρεπόμενη τάση περιορίζεται σχεδόν στα δύο-τρίτα της αντοχής διαρροής. Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας και τα παρόμοια κράματα νικελίου αντιμετωπίζονται διαφορετικά επειδή η συμπεριφορά καταπόνησης-του καταπόνησης είναι τόσο εύπλαστη: Το Υποχρεωτικό Παράρτημα της ASME για τον καθορισμό τιμών τάσης στην Ενότητα II επιτρέπει συγκεκριμένα μια εναλλακτική, υψηλότερη επιτρεπόμενη τάση - έως και 90% της αντοχής διαρροής σε θερμοκρασία {{8} πρόβλημα για την εφαρμογή.

Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι ένα εξάρτημα πίεσης 304 ή 316 μπορεί συχνά να σχεδιαστεί σε υψηλότερο κλάσμα της αντοχής διαρροής του από ένα ισοδύναμο εξάρτημα από ανθρακούχο χάλυβα, αντισταθμίζοντας εν μέρει τη χαμηλότερη απόλυτη αντοχή διαρροής του ανοξείδωτου χάλυβα σε σύγκριση με μαρτενσιτικούς τύπους διπλής όψης ή θερμικής επεξεργασίας-. Σημαίνει επίσης ότι η επιτρεπόμενη τιμή τάσης που εκτυπώνεται σε έναν πίνακα κωδικών ASME δεν είναι ποτέ απλώς "αντοχή διαρροής" ή "αντοχή εφελκυσμού" από μόνη της - είναι ένας κωδικός-καθορισμένος συνδυασμός και των δύο, φιλτραρισμένος μέσω ενός συντελεστή ασφαλείας που διαφέρει ανά οικογένεια υλικού.

Αλλάζει η ψυχρή εργασία τη σχέση μεταξύ απόδοσης και αντοχής σε εφελκυσμό;

Ως λεπτομερές άρθρο σχετικά με το ρυθμό σκλήρυνσης εργασίας του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα, οι ποιότητες όπως το 301 και το 304 έχουν υψηλό δείκτη σκλήρυνσης-(n-τιμή), που σημαίνει ότι η τάση ροής ανεβαίνει απότομα με πλαστική καταπόνηση. Επειδή η αντοχή διαρροής μετριέται πολύ νωρίς σε αυτήν την καμπύλη και η αντοχή εφελκυσμού μετράται στην κορυφή, το πρώιμο, απότομο τμήμα της καμπύλης αυξάνει την αντοχή διαρροής αναλογικά περισσότερο από ό,τι αυξάνει την ήδη-υψηλή αντοχή εφελκυσμού. Ένα κρύο-τυλιγμένο πλήρες-σκληρό 301, για παράδειγμα, μπορεί να φτάσει σε αντοχή διαρροής που πλησιάζει την αντοχή εφελκυσμού του, πράγμα που σημαίνει ότι είναι διαθέσιμο πολύ μικρό πρόσθετο φορτίο μεταξύ "αρχίζει να παραμορφώνεται" και "αποτυχαίνει" - μια άμεση, πρακτική συνέπεια του ίδιου TRIP και της εξάρθρωσης{11}στην πρώτη θέση του μηχανισμού ανοξείδωτου χάλυβα.

Αυτός είναι ένας βασικός λόγος για τον οποίο η σκληρυμένη ανοξείδωτη λωρίδα (1/4 σκληρή, 1/2 σκληρή, πλήρης σκληρότητα ανά ASTM A666) καθορίζεται από την ιδιοσυγκρασία και όχι μόνο από την κατηγορία: οι μηχανικές ιδιότητες και συγκεκριμένα η απόδοση-σε-σχέσεις εφελκυσμού, αλλάζουν ουσιαστικά μέσα σε ένα μόνο βαθμό, ανάλογα με το πόσο έχει ήδη γίνει η ψυχρή εργασία.

Ποια ιδιοκτησία πρέπει να οδηγεί στην επιλογή υλικού για μια δεδομένη εφαρμογή;

Δοχεία πίεσης, σωληνώσεις και δομικά στοιχεία

Για εξαρτήματα υπό παρατεταμένα ή κυκλικά φορτία συντήρησης - σωλήνας, φλάντζες, κελύφη αγγείων, δομικοί βραχίονες - η ισχύς διαρροής είναι ο κύριος οδηγός σχεδιασμού, επειδή η μόνιμη παραμόρφωση, όσο μικρή κι αν είναι, αντιπροσωπεύει λειτουργική αστοχία ακόμη και αν το εξάρτημα δεν έχει σπάσει. Ο ισχύων κώδικας σχεδίασης (ASME Section VIII, ASME B31.3, ή ισοδύναμο) εφαρμόζει στη συνέχεια τη δική του λογική συντελεστή ασφαλείας, αναφέροντας την αντοχή εφελκυσμού ως δευτερεύοντα έλεγχο έναντι ρήξης.

Εφαρμογές κρούσης, υπερφόρτωσης και{0}}απορρόφησης ενέργειας

Για εξαρτήματα που μπορεί να δουν περιστασιακά υπερφόρτωση, πρόσκρουση ή σεισμικά συμβάντα - μηχανισμούς σύλληψης, προστατευτικά κιγκλιδώματα, ορισμένα εξαρτήματα αυτοκινήτου και μεταφοράς - η περιοχή υπό ολόκληρη την καμπύλη τάσης-καταπόνησης μέχρι θραύσης (συνδυασμός αντοχής και επιμήκυνσης) έχει μεγαλύτερη σημασία από την αντοχή διαρροής μόνο, επειδή ένα υλικό με ευρεία ενέργεια απορροφά περισσότερο Y/T. Αυτό είναι όπου μια χαμηλή{4}}Y/T-αναλογία ανόπτησης ωστενιτικού βαθμού συχνά υπερέχει από μια εναλλακτική λύση υψηλότερης-απόδοσης αλλά χαμηλότερης-ολκιμότητας, παρόλο που ο αριθμός της αντοχής διαρροής φαίνεται μικρότερος σε ένα φύλλο δεδομένων.

Συνδετήρες και βιδωτές συνδέσεις

Το μπουλόνι εφαρμόζει και τις δύο ιδιότητες με διαφορετικό τρόπο: το στεγανοποιητικό φορτίο (που σχετίζεται στενά με την αντοχή διαρροής) καθορίζει πόση προφόρτιση μπορεί να κρατήσει ένας συνδετήρας με ασφάλεια χωρίς μόνιμο τέντωμα, ενώ η αντοχή εφελκυσμού, που ελέγχεται με υψηλότερο συντελεστή ασφαλείας ανά απαιτήσεις του κώδικα ASME για το υλικό βιδώματος, διέπει την τελική ικανότητα έναντι αστοχίας του συνδετήρα. Η επιλογή της ποιότητας και του υλικού του συνδετήρα μόνο βάσει της αντοχής σε εφελκυσμό, χωρίς έλεγχο της απόδοσης-με βάση την ικανότητα προφόρτισης, είναι ένα σύνηθες σφάλμα προδιαγραφών.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Η υψηλότερη αντοχή διαρροής είναι πάντα καλύτερη στον ανοξείδωτο χάλυβα;

Α: Όχι αυτόματα. Μια υψηλότερη αντοχή διαρροής επιτρέπει ένα λεπτότερο τμήμα ή ελαφρύτερο εξάρτημα για το ίδιο φορτίο, αλλά συνήθως συνοδεύεται από υψηλότερο λόγο Y/T και λιγότερο όλκιμο περιθώριο πριν από τη θραύση. Η σωστή επιλογή εξαρτάται από το εάν η εφαρμογή αποτιμά τη μέγιστη αντοχή ανά μονάδα βάρους (ευνοώντας διπλής όψης ή ψυχρής-εργασίας) ή το μέγιστο όλκιμο απόθεμα και συγχώρεση υπό υπερφόρτωση (ευνοώντας τις ανόπτες ποιότητες ωστενιτικού).

Ε: Γιατί τα 304 και 316 έχουν σχεδόν ίδια διαρροή και αντοχή σε εφελκυσμό;

Α: Και οι δύο είναι ωστενιτικές ποιότητες με παρόμοια όψη-με κεντρική κυβική μικροδομή και παρόμοια εύρη περιεκτικότητας σε άνθρακα και άζωτο, επομένως το ASTM A240 θέτει ουσιαστικά τις ίδιες ελάχιστες μηχανικές ιδιότητες και για τα δύο σε κατάσταση ανόπτησης - 205 MPa (30 ksi) ελάχιστη απόδοση και 515 MPa) ελάχιστη εφελκυσμό. Η πραγματική τους διαφορά είναι η αντίσταση στη διάβρωση, που οφείλεται στο μολυβδαίνιο στο 316, όχι στη βασική ισχύ.

Ε: Γιατί η αντοχή διαρροής του duplex 2205 είναι τόσο υψηλότερη από του 304, με λιγότερη διαφορά στην αντοχή εφελκυσμού;

A: Η μικροδομή ωστενίτη-του Duplex 2205 περίπου 50/50 και το κράμα αζώτου αυξάνουν σημαντικά την τάση που απαιτείται για την έναρξη της πλαστικής παραμόρφωσης, η οποία εμφανίζεται σχεδόν εξ ολοκλήρου ως υψηλότερη αντοχή διαρροής. Η αντοχή σε εφελκυσμό, που επιτυγχάνεται μόνο μετά από σημαντική σκλήρυνση καταπόνησης και λαιμό, αυξάνεται κατά μικρότερη σχετική ποσότητα, γι' αυτό ο λόγος Y/T του 2205 (περίπου 0,73) είναι πολύ υψηλότερος από το 304 (περίπου 0,40).

Ε: Η αντοχή διαρροής ή η αντοχή εφελκυσμού καθορίζουν το πάχος του τοιχώματος ενός σωλήνα πίεσης;

Α: Ούτε μόνος του - ο κυβερνητικός κώδικας σχεδίασης (όπως το ASME B31.3) υπολογίζει μια επιτρεπόμενη τάση που είναι η χαμηλότερη από ένα κλάσμα αντοχής σε εφελκυσμό (διαιρούμενο με συντελεστή ασφαλείας 3,5) και ένα κλάσμα αντοχής διαρροής (συνήθως δύο-ή έως και 90% σε ασθένειες υποκείμενες ωστενικές). Το πάχος του τοιχώματος στη συνέχεια προσαρμόζεται στην επιτρεπόμενη τάση, όχι σε καμία από τις ιδιότητες πρώτης ύλης άμεσα.

Ε: Μπορεί η θερμική επεξεργασία να αυξήσει την αντοχή του ανοξείδωτου χάλυβα 304 ή 316 όπως συμβαίνει για το 410;

Α: Όχι. 304 και 316 είναι ωστενιτικοί βαθμοί που ενισχύονται μόνο με ψυχρή εργασία και όχι με θερμική επεξεργασία - η ανόπτηση τα μαλακώνει αντί να τα σκληραίνει. Αντίθετα, οι μαρτενσιτικές ποιότητες όπως το 410 μπορούν να σβήσουν και να μετριαστούν για να φτάσουν σε αντοχές διαρροής και εφελκυσμού πολύ πάνω από τις τιμές ανόπτησης, γι' αυτό η αναλογία Y/T και η απόλυτη αντοχή του 410 μπορεί να ποικίλλουν τόσο πολύ ανάλογα με την ιδιοσυγκρασία.