Podstawowe pojęcia

Obróbka plastyczna NORMALIZUJĄCA Jest to metoda przeróbki plastycznej z prowadzeniem końcowego kształtowania w zakresie określonych temperatur, odpowiadających temperaturze. Normalizacji. Struktura tak kształtowanego materiału jest równoważną z NORMALIZOWANIEM. Stan ten oznacza się literką „N”

Obróbka plastyczna TERMOMECHANICZNA Jest to metoda przeróbki plastycznej z prowadzeniem końcowego kształtowania w zakresie określonych temperatur, doprowadzających materiał do stanu o określonych własnościach, których nie można otrzymać metodą samej obróbki cieplnej. Późniejsza próba podgrzania materiału powyżej 580 st. C może spowodować obniżenie własności. Stan ten oznacza się literką „M”

Podstawowe rodzaje Obróbki Cieplnej:

WYŻARZANIE NORMALIZUJĄCE

Jest to rodzaj obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu stali do temperatury nieco wyższej od AC3 lub Acm ,wygrzaniu w tej temperaturze i następnie chłodzeniu do temperatury Otoczenia. Obróbka ta ma na celu rozdrobnienie i ujednorodnienie ziarna, co wpływa na polepszenie własności mechanicznych stali .Stan ten oznacza się literką „N” (NBK, NZF)
UWAGA! Normalizowanie może zmniejszyć pasmowość struktury zwłaszcza, gdy nie wykazuje ona znacznych wtrąceń niemetalicznych.

WYŻARZANIE REKRYSTALIZUJĄCE

Jest to rodzaj obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu stali uprzednio odkształconej na zimno do temperatury Rekrystalizacji. Temperatura ta zawiera się w zależności od zawartości węgla i stopnia zgniotu od 440 do 550 st. C, wygrzaniu w tej temperaturze i następnie chłodzeniu do temperatury Otoczenia. Obróbka ta ma na celu przywrócenie struktury jaką posiadał materiał przed odkształceniem na zimno. Własności plastyczne materiału rosną a maleją własności mechaniczne. Stan ten oznacza się literką „A”; (GBK,GZF)
UWAGA! Rekrystalizację stosuje się szczególnie w celu umożliwienia dalszej przeróbki plastycznej na zimno.

WYŻARZANIE ODPRĘŻAJĄCE

Jest to rodzaj obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu stali do temp. Poniżej temperatury rekrystalizacji , krótkim wygrzaniu w tej temperaturze i następnie chłodzeniu do temp. otoczenia. Obróbka ta ma na celu usunięcie naprężeń powstałych podczas odkształcenia na zimno ,przy zachowaniu prawie nie zmienionych własności .Stan ten oznacza się literką „SR”
UWAGA! Tego typu obróbkę stosuje się dla rur przeznaczonych np. na cylindry hydrauliczne.

HARTOWANIE

Jest to rodzaj obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu stali do temperatury austenityzacji, powyżej Ac3 lub Ac1, wygrzaniu w tej temperaturze i następnie szybkim chłodzeniu do temperatury otoczenia. Obróbka ta ma na celu uzyskanie struktury martenzytycznej (wzrastają znacznie własności mechaniczne stali a plastyczne maleją).

ODPUSZCZANIE

Jest to rodzaj obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu stali zahartowanej do temperaturze nieco poniżej AC1, wygrzaniu w tej temperaturze i następnie chłodzeniu do temperatury otoczenia. Stosuje się w zasadzie trzy rodzaje odpuszczania:

• niskie – w zakresie 150 do 250 st. C celem usunięcia naprężeń hartowniczych przy zachowaniu wysokiej twardości i odporności na ścieranie
• średnie – w zakresie 250 do 500 st. C celem zwiększenia sprężystości kosztem znacznego spadku twardości
• wysokie – w zakresie 500 st. C do Ac1. Ma ono na celu uzyskanie najwyższej udarności możliwej dla stali.

UWAGA! Zwiększa się również stosunek Re/Rm ,który jest miarą Ulepszenia materiału.

ULEPSZANIE CIEPLNE

Ulepszanie cieplne to obróbka cieplna polegająca na :

• Hartowaniu oraz odpuszczaniu wysokim

Obróbkę tę stosuje się w celu polepszenia praktycznie wszystkich własności stali a szczególnie UDARNOŚCI.

Stan ten oznacza się literką „Q”

Jeżeli jest wymagana w Normie próba udarności zazwyczaj wykonuje się ją według Charpy z karbem na V. Próbę oraz pobieranie próbek należy wykonać w zgodności z EN 10045-1.

Próbki w zasadzie powinny być wykonane jako poprzeczne. Minimalna średnica rury z jakiej możliwe jest jeszcze wykonanie próbki poprzecznej wynosi:

Dmin=(T-5) + 756,25/(T-5)               gdzie : T jest grubością ścianki rury

Jeżeli nie ma możliwości pobrania próbki poprzecznej ,wówczas należy pobrać próbkę wzdłużną, możliwie największej szerokości – pomiędzy 10 a 5 mm.
Dla rur, dla których nie można pobrać próbki 5 x 10 mm udarności w zasadzie się nie wykonuje.

UWAGA Próbek do badań udarności nie wolno rozprostowywać przed wykonaniem próby.

Jeżeli stosuje się próbki do badań udarności o szerokości poniżej 10 mm aby porównać pracę łamania z tabelą należy zastosować następujący wzór przeliczeniowy:

KV=(8 x 10 x KVp)/Sp               gdzie :      KVp – zmierzona praca łamania próbki

Sp – powierzchnia przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu

lub

KV=(10 x KVp)/W                 w – szerokość próbki

Szczelność sprawdza się w zasadzie dwoma sposobami: Próbą hydrauliczną
Równoważnym badaniem wiroprądowym wg EN 10246-1

Przyjmuje się w zasadzie, że jeżeli Klient nie wybiera konkretnej metody sprawdzenia szczelności rury, to wytwórca jeżeli ciśnienie gwarantowane jest <= 7Mpa oraz średnica rury jest mniejsza niż 500 mm, może zamiast metody hydraulicznej zastosować równoważnym badaniem wiroprądowym.

Do obliczenia ciśnienia na jakie należy sprawdzić rury służy wzór:

P=(20 x S x T)/D

gdzie:

p – hydrostatyczne ciśnienie próby wodnej /bar/
D – średnica zewnętrzna rury
S – naprężenie odpowiadające udziałowi procentowemu minimalnej wartości Re /N/mm2/

W zależności o jakie rury chodzi tzn. wg jakiej Normy rury mają być wykonane stosuje się wartości S.
Wartości S są zawsze zamieszczone w odpowiedniej Normie.

Czas trwania próby hydraulicznej przyjmuje się :

• 5 sek dla rur o średnicy zewnętrznej <= 457 mm
• 10 sek dla rur o średnicy zewnętrznej powyżej 457 mm

Dla określenia przydatności materiału do spawania określa się tzw. Współczynnik CEV.

Przekroczenie jego wartości dla danej stali, może spowodować, że podczas spawania i następnie stygnięcia spoiny w materiale powstaną tak duże naprężenia, że spowodują powstawanie w przekroju spoiny i materiału rodzimego mikropęknięć.

Pełny wzór do obliczenia współczynnika CEV jest następujący:

Cev=C+Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Cu+Ni)/15

gdzie :C,Mn,Cr,Mo,V,Cu,Ni % zawartość pierwiastków w stali

Obliczenie tego współczynnika jest szczególnie ważne przy stalach konstrukcyjnych i stalach na przewody do transportu płynów palnych.

Przydatność stali do cynkowania określa w zasadzie ilość krzemu (Si) w składzie chemicznym.
Rozróżnia się dwa zakresy zawartości krzemu gdzie powłoka cynkowa jest prawidłowa:

• poniżej 0,03 % Si
• od 0,15 do 0,20 % Si

Można również spotkać w niektórych wydaniach, że maksymalna zawartość Si w drugim przypadku może wynosić nawet do 0,25 %
Literatura fachowa podaje również dodatkową zależność na to by powłoka cynkowa była prawidłowa a mianowicie:

•  C + Si <= 0,50 %

Owalność przekroju kołowego wyrażoną w % oblicza się ze wzoru:

O=100 X (Dmax – Dmin)/D
Gdzie :     Dmax – maksymalna zmierzona średnica
Dmin – minimalna zmierzona średnica
D – średnica nominalna

Odchyłkę od współosiowości otworu kołowego wyrażoną w % oblicza się ze wzoru:

100 x [(Tmax – Tmin)/(Tmax + Tmin)] = WS
Gdzie :     Tmax – maksymalna zmierzona ścianka rury
Tmin – minimalna zmierzona ścianka rury
WS – Wskaźnik współosiowości.

Odchyłkę od prostopadłości dla przekroju kwadratowego i prostokątnego oblicza się ze wzoru:

90 – θ <= 1 st.

Gdzie θ – kąt zawarty pomiędzy płaszczyzną poziomą a bokiem profilu

Stal drobnoziarnista jest to stal, której wielkość ziarna austenitu po austenityzacji przeprowadzonej wg PN,  odpowiada wzorcowi nr 5 lub wyższemu (wyższy numer wzorca = drobniejsze ziarno).

PN-84/H-04507/01

Przykład:

Numer wielkości ziarna G: 5
Średnia wielkość powierzchni przekroju a [mm²]: 0,0039
Liczba ziarn na powierzchni 1 mm²: 256
Średnia liczba ziarn w 1 mm³ [N]: 4096
Średnia średnica ziarna d [mm]: 0,062

Stale drobnoziarniste wykazują dużo większą udarność oraz granicę plastyczności w stosunku do stali gruboziarnistych.

W badaniach ultradźwiękowych stosuje się wzorce, które dzielimy wg 6 klas odbioru (U1 ….U6) w zależności od głębokości rowka wzorcowego stanowiącego % nominalnej grubości ścianki (3, 5, 10, 12,5 , 15, 20%). Jak widać Klasa U1 jest najbardziej rygorystyczną.

Oprócz klasy odbioru rozróżnia się jeszcze 4 podklasy (A, B, C, D) w zależności od najmniejszej głębokości rowka ( 0,1 ; 0,2 ; 0,3 ; 0,4 mm).

Najczęściej stosowanymi klasami odbioru dla rur bez szwu są : U2C oraz U2B

Wzorce badań wiroprądowych wg EN10246-3

W badaniach wiroprądowych stosuje się kilka sposobów badania:

• Technika cewki przelotowej
• Technika cewki stykowo-segmentowej
• Technika wirującej rury/cewki stykowej

Najczęściej stosowaną metodą jest technika cewki przelotowej. Rozróżnia się tutaj cztery Poziomy Akceptacji (E1H – E4H) w zależności od średnicy rury i od średnicy wywierconego otworu.

Przy badaniu rur tą metodą należy zwrócić uwagę, że maksymalna czułość jest na powierzchni rury i spada wraz ze zwiększającą się grubością ścianki. Możliwość penetracji ścianki rury zależy od grubości ścianki i od częstotliwości. Im częstotliwość jest niższa tym jest głębsza penetracja ścianki rury.