ASTM A519 50B40 צינור פלדה ללא תפרים: הרכב פלדת בורון, התקשות וטיפול בחום

היקף של ASTM A519/A519M צינורות מכניים ללא תפרים

ASTM A519/A519M מכסה צינורות מכני פחמן וסגסוגת חלקים המסופקים במצב גימור חם או קר, עבור יישומים מכניים ולחץ שבהם נדרשת כימיה מוגדרת, קשיחות מבוקרת ותכונות מכניות שצוינו. הצינור מיוצר על ידי ניקוב חם של בילט עגול מוצק ולאחר מכן הקטנתו, או על ידי גלגול חם לגודל ההזמנה או על ידי משיכה קרה מעל ציר או תקע. מכיוון שהמוצר הוא חלק, אין לו ריתוך אורכי, ולכן הוא מועדף בכל מקום שמאפיינים חישוק אחידים, אטימות לחץ, ריכוזיות ויכולת עיבוד עקבית חשובים.

המפרט הוא המקביל לצינורות של מפרטי המוט: דרגה כמו SAE 50B40 מתארת ​​את הפלדה, בעוד ASTM A519/A519M מתארת ​​את המוצר הצינורי, תנאי האספקה ​​שלו, הסובלנות והבדיקות שלו. לכן הרוכשים מזמינים לפי דרגות, קוטר חיצוני, עובי דופן, מצב אספקה, אורך והבדיקות שיש לבצע, והמפעל מנפיק תעודת בדיקה המכסה כימיה ותוצאות מכניות.

SAE 50B40: כימיה ותפקידו של בורון

SAE 50B40 היא פלדת כרום מטופלת בפחמן בינוני ממשפחת 50xx. רמת הפחמן מעניקה לו חוזק לאחר התקשות, תוספת הכרום הקטנה תורמת באופן צנוע להתקשות ועמידות בפני שחיקה, והבורון מספק את העלייה המכרעת בתגובת ההתקשות. מגבלות ניתוח מצקת אופייניות החלות על הציון מוצגות להלן.

בורון מייצר את השפעתו ברמות נמוכות מאוד, וזו הנקודה ההנדסית של הציון. כמה אלפיות האחוז של בורון מדכאים את הגרעין של פריט בגבולות התבואה האוסטניט במהלך הקירור, כך שהטרנספורמציה למרטנזיט ממשיכה לעומק גדול יותר מאשר באותה פלדה ללא בורון. ההשלכה המעשית היא שניתן להפחית את תכולת הסגסוגת, ולפיכך את עלות הסגסוגת, תוך שמירה על עומק ההתקשות הנדרש. בורון חייב להישאר בתמיסה כדי לעבוד, ולכן יצרן הפלדה קושר חנקן עם תוספת קטנה של טיטניום או אלומיניום; כאשר הבור קיים בצורה שגויה הוא הופך לבלתי יעיל והקשיחות יורדת לזו של פלדת הפחמן הבסיסית. מיזוג הטמפרטורה וזמן ההחזקה משפיעים גם על צמיחת הדגנים ועל יעילות הבור, וזו הסיבה שבקרה של טיפול בחום חשובה לא פחות מהכימיה.

ההתקשות נשלטת באופן מסחרי על ידי הזמנה לרצועת קשיחות ולא להרכב יחיד. שיטת בדיקת המרווה הקצה משמשת להדגמת התגובה, והלהקה מגבילה את הקשיות שניתן למדוד בכל מרחק מהקצה הרווה. זהו התכונה הרלוונטית ביותר לרכיב כמו קנה צילינדר או פיר, מכיוון שהוא קובע אם ניתן לקבל את הקשיות הנדרשת בדופן האמצע או במרכז הקטע.

מאפיינים מכניים וטיפול בחום

ASTM A519/A519M קובע כי התכונות המכניות של הצינורות הן אלו של הכיתה במצב המסירה שהוזמן. בפועל הרוכש מציין טווח חוזק מתיחה, מינימום חוזק תפוקה, טווח קשיות או שילוב, והטחנה מאמת את התוצאה על פיסות בדיקת מתיחה שנלקחו מהצינור. בדיקת קשיות מצוינת לעתים קרובות כבדיקת קבלה שגרתית, וייתכן שיידרשו בדיקות רידוד או הידרוסטטיות, או שניהם, כאשר הצינור משמש בשירותי לחץ. כאשר הצינור משמש במצב מרווה ומחוסם, החוזק והקשיחות נקבעים על ידי טמפרטורת החיסום, והשילוב הנדרש מוסכם בהזמנה ולא בהנחה מהדרגה בלבד.

טיפול חום טיפוסי עבור החלק המוגמר עוקב אחר הרצף שלהלן.

אוסטניטיזציה.חימום אחיד לטווח האוסטניטי, המצוטט בדרך כלל באזור של 845 עד 870 מעלות עבור סוג זה של פלדת בורון פחמן בינונית. יש לשלוט בזמן בטמפרטורה כדי שמבנה הגרגירים לא יתגס, מכיוון שגרגרים גסים מפחיתים את הקשיחות ויכולים לדלל את התועלת של הבור.

מרווה.מרווה שמן או פולימר, נבחר כך שקצב הקירור יעלה על הקצב הקריטי דרך עובי הדופן תוך הגבלת סיכון עיוות וסדקים. חלקי קירות דקים וצינורות ארוכים זקוקים לתמיכה או לכיבוי אנכי כדי להישאר ישרים.

הַרפָּיָה.מיד לאחר ההמרה, בטמפרטורה שנבחרה לייצר את הקשיות שצוינה. מזג באזור של 500 עד 550 מעלות משמש בדרך כלל עבור פלדות בורון פחמן בינוני כאשר נדרש איזון של חוזק וקשיחות; טמפרטורות גבוהות יותר מפחיתות את החוזק ומגבירות את המשיכות, טמפרטורות נמוכות יותר עושות את ההיפך.

יישור והפגת מתחים.מרווה מציג עיוות ומתח שיורי, ולכן יישור, ובמקומות שבהם יציבות הממדים היא קריטית, טיפול הפגת מתח נכלל בדרך כלל לפני העיבוד הסופי.

התקשות פני השטח.עבור חלקים הזקוקים למשטח קשיח ועמיד בפני שחיקה מעל ליבה קשוחה, מיושמים התקשות אינדוקציה או קרבוריזציה על הצינור המעובד, והקשיחות של הציון קובעת את עומק המארז המוקשה שהושג.

יישומים אופייניים

חביות צילינדר ומוטות בוכנה הידראוליים ופנאומטיים, כאשר הקדח חייב להיות מעובד, מושחז ולעיתים קרובות מוקשח באינדוקציה.

צירי הנעה חלולים, פירי מדחף וצירי הנחת כוח, שבהם צינור ללא תפרים חוסך משקל בהשוואה למוט מוצק.

צינורות סרנים, רכיבי היגוי ומתלים ושרוולי הצמדה בכלי רכב מסחריים ומכונות חקלאיות.

מושבי מיסבים, טבעות מיסבים ושרוולים הזקוקים למושב קשיח ויציב מידות לאחר טיפול בחום.

צירי מכונות, מנחים ותותבים בכלי מכונות והנדסת מכונות כללית.

גופי בולמי זעזועים, צינורות מומנט וחלקים מסתובבים בציוד בנייה, כרייה וטיפול בחומרים.

חלקים מכניים מרוווים ומחוסמים כלליים שבהם צינור מעובד וניתן לטיפול בחום מחליף פרזול או בר מוצק.

נקודות עיבוד, ריתוך ובדיקה

עיבוד שבבי.מכונות צינורות נמשכות וחיעול לגימור טוב עם כלי עבודה קונבנציונליים. מכיוון שתכולת הפחמן הבינונית ותוספת הבור גורמים לכך שהקשיות עולה בחדות בקירור, יש להימנע מחתכים מופרעים ואספקת נוזל קירור לקויה ולעבד את החלק במצב רך לפני התקשות בכל מקום שבו רצף התהליך מאפשר. עיוות לאחר התקשות ממוזער על ידי עיבוד גס, טיפול בחום ולאחר מכן גימור.

הַלחָמָה.המקבילה לפחמן של פלדת פחמן 0.40% עם עד 1.00% מנגן גבוהה מספיק כדי שהריתוך דורש טיפול. בקרת טמפרטורת חימום מראש ומעבר בין מעבר מוגדרים בדרך כלל, נעשה שימוש בחומרים מתכלים נמוכים במימן, ומפרקים עבים או מאופקים מאוד מקבלים טיפול חום לאחר הריתוך כדי לרכך את האזור המושפע מהחום ולהפחית את הסיכון לסדיקה בעזרת מימן. כאשר יש לרתך מפרק במצב מוקשה, ההליך צריך להיות מוסמך לרמת הקשיות בפועל.

אימות כימיה.יש לאשר את תכולת הבור על ידי ניתוח כימי, ובדיקה של תוספת האלומיניום או טיטניום היא עדות שימושית לכך שהבורון מוגן כראוי. פחמן ומנגן נבדקים מול גבולות הציון.

קשיחות.כאשר ההזמנה מציינת רצועת קשיחות, עקומת המרווה הקצה מושווה עם גבולות הרצועה עבור הציון. עבור צינור, קטע הקיר נבדק בדרך כלל גם על ידי מעבר קשיות או על ידי חתך חתיכה מייצגת לאחר טיפול בחום הייצור, שהיא העדות הישירה ביותר לכך שהושג עומק ההתקשות הנדרש.

איכות ממדית ופנימית.קוטר חיצוני, עובי דופן, אקסצנטריות דופן, אורך וישרות נבדקים מול הסובלנות של המפרט. עבור לחץ ושירות סיבוב קריטי, בדיקה אולטרסאונד, המכונה בדרך כלל תקן התייחסות לחור תחתון שטוח, או בדיקת זרם מערבולת מצוינת כדי לאשר תקינות פנימית, והמשטח נבדק עבור תפרים, הקפות, אבנית ושחרור.

שאלות נפוצות

ש: למה משמש צינור פלדה ASTM A519 50B40?
הוא משמש לצינורות מכניים ללא תפרים שיש לעבד אותם במכונה ולאחר מכן להקשיח אותם, או לספק אותם כבר מרווים ומחוסמים. חלקים אופייניים כוללים חביות צילינדר הידראוליות ופנאומטיות, גלי הנעה ומדחף חלולים, צינורות ציר, מושבים ושרוולים מיסבים, צירי מכונות וגופי בולמי זעזועים בכלי רכב מסחריים, מכונות חקלאיות, ציוד בנייה והנדסת מכונות כללית.

ש: מדוע מוסיפים בורון לפלדה 50B40?
בורון מתווסף בכמויות קטנות מאוד, בדרך כלל בין 0.0005% ל-0.003%, כדי להעלות את יכולת ההתקשות. היא מעכבת את היווצרות הפריט בגבולות התבואה האוסטניט במהלך הקירור, כך שהפלדה מתקשה לעומק גדול יותר מאותו הרכב בסיס ללא בורון. זה מאפשר להפחית את תכולת הסגסוגת ואת עלות הסגסוגת תוך שמירה על עומק ההתקשות הנדרש, וזו הסיבה העיקרית לכך שהדרגה תחרותית עם פלדות סגסוגות כבדות יותר.

ש: מה ההבדל בין 50B40 ל-SAE 4140?
SAE 4140 היא פלדת כרום-מוליבדן הנשענת על מוליבדן על יכולת ההתקשות שלה, בעוד ש-50B40 היא פלדת כרום פחמן בינונית הנשענת בעיקר על בורון. דרגת הבור מציעה תגובת התקשות דומה להרכב רזה יותר ובדרך כלל חסכוני יותר, אך היא רגישה יותר לבקרת טיפול בחום, במיוחד להגנה על הבור על ידי טיטניום או אלומיניום ולזמן הגירוי והטמפרטורה. SAE 4140 נשאר הבחירה כאשר יש צורך בתכולת סגסוגת גבוהה יותר, חוזק טוב יותר בטמפרטורה גבוהה או סובלנות רחבה יותר לשונות התהליך.

ש: האם ניתן לרתך צינורות ASTM A519 50B40?
כן, אבל זה דורש הליך מבוקר. רמות הפחמן והמנגן מעניקות לפלדה שווה ערך לפחמן גבוה יחסית, כך שבדרך כלל מצוינים חימום מקדים ובקרת טמפרטורת מעבר, משתמשים בחומרים מתכלים נמוכים במימן, וטיפול בחום לאחר ריתוך מוחל על מפרקים עבים או מאופקים כדי להפחית את הקשיות באזור המושפע מהחום ולהימנע מפיצוח בעזרת מימן. ריתוך צריך להיות מוסמך בהתאם לדרגה ולמצב הקשיות בפועל.

ש: אילו תנאי אספקה ​​זמינים עבור A519 50B40 tube?
צינורות ללא תפרים בדרגה זו מסופקים בדרך כלל בגימור חם, נמשך קר, חישול, מנורמל או מרווה ומחוסם. התנאי נבחר בהתאם למסלול הייצור של החלק: חומר שנמשך בקור וחישול לעיבוד כבד, חומר מנורמל שבו מעוניינים במבנה אחיד, וחומר מרווה ומחוסם בו נעשה שימוש בחלק במצב מוקשה ללא טיפול חום נוסף.

ש: אילו בדיקות נדרשות בדרך כלל עבור צינורות 50B40?
אימות כימיה, כולל תכולת הבור, הוא בסיסי. נדרשת בדיקת מתח של הצינור כדי לאשר את המאפיינים המכניים של מצב האספקה, בדיקת קשיות מקובלת לקבלה, והקשיחות מודגמת על ידי בדיקת מרווה קצה שבה הוזמנה פס. בדיקות אולטרסאונד או זרם מערבולת, בדיקות שיטוח ובדיקות הידרוסטטיות מוגדרות עבור לחץ ושירות קריטי, יחד עם בדיקת מימד ומשטח עבור אקסצנטריות הקיר, ישרות, תפרים ושחרור קרבוריזציה.

ש: כיצד משפיע עובי הדופן על התקשות של 50B40?
התקשות מתארת ​​כמה רחוק לתוך קטע הפלדה יכולה להתקשות, כך שקיר דק מתקשה הרבה יותר בקלות מאשר קיר עבה. כאשר נדרש קיר כבד להתקשות עד לדופן האמצעית או לקדח, יש לבחור את רצועת ההתקשות ואת שיטת ההמרה יחד, ומעבר קשיות על מדגם חתוך הוא הדרך המעשית לאשר שהושג עומק ההתקשות הנדרש לפני שחרור החלק לייצור.