A rozsdamentes acél folyási szilárdsága és szakítószilárdsága: Miért fontos mindkettő a tervezéshez

Mi a különbség a rozsdamentes acél folyási szilárdsága és szakítószilárdsága között?

A szabványos szakítóvizsgálat során egy rozsdamentes acél mintát egyenes vonalban húznak, miközben a terhelést és a nyúlást rögzítik, és mérnöki feszültség{0}}alakulási görbévé alakítják. A görbe első egyenes szakaszában a feszültség és az alakváltozás egyenesen arányos (Hooke-törvény), és a próbatest visszaáll eredeti alakjába, ha eltávolítják a terhelést - ez a rugalmas tartomány. Amint a görbe elhajlik ettől az egyenestől, a deformáció egy része állandósul, és az anyag belép a képlékeny tartományba. Az átmenetnél jelentkező feszültség a folyáshatár.

Ahogy a terhelés a hozamot meghaladó mértékben folytatódik, a műszaki feszültség folyamatosan nő, mert az anyagmunka -megkeményedik (ugyanaz a mechanizmus, amelyet az EETA munkakeményedési sebességről szóló műszaki cikke tárgyal), amíg el nem éri a csúcsot - a szakítószilárdságot, amelyet végső szakítószilárdságnak (UTS) is neveznek. Ezen a csúcson túl a minta lokálisan nyakasodni kezd, az általa elviselhető terhelés valójában leesik, még akkor is, ha a nyaki régióban a valódi feszültség folyamatosan emelkedik, és az alkatrész eltörik. Röviden: a folyáshatár a biztonságos, hasznosítható felhasználás határa; a szakítószilárdság a szerkezeti túlélés határa.

Miért használja a rozsdamentes acél a 0,2%-os eltolásos módszert a látható hozampont helyett?

A szénacél jellemzően felső és alsó folyáshatárt mutat - a terhelés látható csökkenése közvetlenül a rugalmas -plasztikus átmenetnél -, mivel az intersticiális atomok rövid időre rögzítik a diszlokációkat. Az ausztenites rozsdamentes acél nem ugyanúgy viselkedik, és a rugalmassági határon túli íve simán meghajlik, nem pedig élesen meghajlik. Annak érdekében, hogy tervezési és specifikációs célokra következetes, reprodukálható számot kapjunk, az ASTM A370 (amelyre az ASTM A240 hivatkozik) 0,2%-os eltolási módszert ír elő a rozsdamentes acél esetében: 0,2%-os tartós képlékeny nyúlás a hozam gyakorlati kezdete, még akkor is, ha néhány korábbi, kisebb mértékű képlékeny nyúlás technikailag előfordul e pont előtt.

Ez a konvenció számít a malomvizsgálati jelentés olvasásához. A 304-es vagy 316-os MTR-re nyomtatott "hozamerősség" mindig a 0,2%-os eltolási érték, hacsak nincs kifejezetten feltüntetve egy másik eltolás, és csak azért hasonlítható össze a minőségek, melegítések és malmok között, mert mindegyik ugyanazt a 0,2%-os definíciót használja.

Hogyan viszonyul a hozam és a szakítószilárdság a rozsdamentes acél családok között?

Az ASTM A240 szabvány szerinti minimális értékek lágyított állapotban lévő lemezre/lapra, valamint közzétett malomműszaki adatok a hőkezelt 410-re vonatkozóan. A tényleges tulajdonságok a hőtől, a termék formájától és vastagságától függően változnak; a tervezésben vagy beszerzésben történő felhasználás előtt ellenőrizze az adott malomvizsgálati jelentést (MTR).

Miért jobb tervezési mutató a hozam-a szakítószilárdsághoz-, mint bármelyik szám önmagában?

Két anyag szakítószilárdsága azonos lehet, és működés közben teljesen eltérően viselkedhet, ha a folyáshatáruk eltérő. Az alacsony Y/T arány nagy képlékeny tartományt jelent: az anyag láthatóan megnyúlik, újraelosztja a helyi feszültséget, és figyelmeztetést ad, mielőtt végleg meghibásodik, ez az egyik oka annak, hogy az izzított ausztenites rozsdamentes acél jól teljesít olyan alkalmazásokban, ahol a túlterhelés, a szeizmikus aktivitás vagy az ütési terhelés tervezési szempont. A magas Y/T arány azt jelenti, hogy az anyag szilárdságának nagyobb részét a felülethez közel viszi -, ami hasznos a terhelés maximalizálása-súlyegységre vagy keresztmetszetre vonatkoztatva-, de kisebb a képlékeny -tartalék, ha az alkatrészt a folyáshatáron túl tolják.

Pontosan ez az oka annak, hogy a duplex 2205 súly-érzékeny vagy nagy-nyomású alkalmazásokhoz (tengeri platformok, sótalanító csövek) használható, ahol nagyobb folyáshatára vékonyabb falszakaszokat tesz lehetővé ugyanazon tervezési nyomás mellett, míg a szabványos ausztenites minőségek továbbra is az alapértelmezett választás az általános gyártáshoz, ahol a rugalmasság, a hegeszthetőség és a minimális biztonsági sáv vastagsága fontosabb.

Hogyan használják a tervezési kódok, mint az ASME és az ASTM, valójában a hozamot a szakítószilárdsághoz képest?

Mind az ASME VIII. szakasz (nyomástartó edények), mind az ASME B31.3 (folyamatcsövezés) ugyanazon mögöttes logikából építik fel megengedett feszültségtáblázatukat: a szakítószilárdság a szakadás elleni biztonsági tényezőt, a folyáshatár pedig az elfogadhatatlan maradandó deformáció elleni biztonsági tényezőt szabályozza. A legtöbb szén- és -gyengén ötvözött acél esetében a megengedett feszültség a folyáshatár közel két-harmada. Az ausztenites rozsdamentes acélt és a hasonló nikkelötvözeteket eltérően kezelik, mivel feszültségi -alakulási viselkedésük annyira képlékeny: az ASME feszültségértékek meghatározására vonatkozó kötelező függeléke a II. szakaszban kifejezetten megenged egy alternatív, magasabb megengedett feszültséget - a hőmérsékleti folyáshatár 90%-áig - ezeknél az anyagoknál, mindaddig, amíg maga a tervezési terhelés alatti alakváltozás nem haladja meg a problémát.

A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a 304-es vagy 316-os nyomású alkatrészt gyakran folyáshatárának nagyobb hányadára lehet megtervezni, mint egy ezzel egyenértékű szénacél alkatrész, ami részben ellensúlyozza a rozsdamentes acél alacsonyabb abszolút folyáshatárát a duplex vagy hőkezelt martenzites minőségekhez képest. Ez azt is jelenti, hogy az ASME-kódtáblázatban nyomtatott megengedett feszültségérték soha nem egyszerűen „folyási szilárdság” vagy „szakítószilárdság” önmagában - ez a kettő kódja-meghatározott kombinációja, egy anyagcsaládonként eltérő biztonsági tényezőn keresztül szűrve.

Megváltoztatja-e a hidegmegmunkálás a hozam és a szakítószilárdság közötti kapcsolatot?

Az ausztenites rozsdamentes acél keményedési sebességéről szóló részletes cikk szerint az olyan minőségek, mint a 301 és 304, magas deformációs -edzési kitevővel (n-) rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy az áramlási feszültség meredeken emelkedik a képlékeny feszültség hatására. Mivel a folyáshatárt nagyon korán mérik, amikor a görbét, a szakítószilárdságot pedig a csúcson mérik, a görbe korai, meredek része arányosan jobban növeli a folyáshatárt, mint a már -nagy szakítószilárdságot. Egy hidegen hengerelt, teljesen-kemény 301 például elérheti a szakítószilárdságát megközelítő folyáshatárt, ami azt jelenti, hogy nagyon kevés járulékos terhelés áll rendelkezésre a „deformálódni kezd” és a „meghibásodás” között - közvetlen, gyakorlati következménye ugyanannak a KIADÁS-nak és elmozdulásnak-az edzési mechanizmusok, amelyek a rozsdamentes acélt {{1} a rozsdamentes acélban először keményítik}.

Ez az egyik fő oka annak, hogy az edzett rozsdamentes szalag (ASTM A666 szerint 1/4 kemény, 1/2 kemény, teljes keménység) az edzettség határozza meg, nem pedig a minőség: a mechanikai tulajdonságok, és különösen a hozam{5}}a szakítószilárdság viszonya lényegesen megváltozik egyetlen minőségen belül attól függően, hogy mennyi hidegmunkát végeztek már az alkatrész üzembe helyezése előtt.

Melyik ingatlannál kell az anyagválasztást egy adott alkalmazáshoz?

Nyomástartó edények, csövek és szerkezeti elemek

Tartós vagy ciklikus üzemi terhelésnek kitett alkatrészeknél - cső, karimák, edényhéjak, szerkezeti konzolok - a folyáshatár az elsődleges tervezési tényező, mert a maradandó alakváltozás, bármilyen kicsi is, funkcionális meghibásodást jelent, még akkor is, ha az alkatrész nem szakadt el. A vonatkozó tervezési kód (ASME VIII. szakasz, ASME B31.3 vagy azzal egyenértékű) ezután a saját biztonsági tényező logikáját alkalmazza, a szakítószilárdságra hivatkozva a szakadás elleni másodlagos ellenőrzésként.

Ütés-, túlterhelés- és{0}}energiaelnyelő alkalmazások

Az esetenként túlterhelést, becsapódást vagy szeizmikus eseményeket észlelő alkatrészeknél - fogómechanizmusok, védőkorlátok, bizonyos autóipari és közlekedési alkatrészek - a teljes igénybevételi görbe alatti terület-a törésig (szilárdság és nyúlás kombinációja) fontosabb, mint önmagában a folyáshatár, mert egy széles Y/T határral rendelkező anyag több energiát vesz fel, mielőtt eltörne. Itt az alacsony -Y/T-arányú lágyított ausztenites minőség gyakran felülmúl egy nagyobb-hozamú, de alacsonyabb-hajlékonyságú alternatívát, még akkor is, ha a folyáshatár száma kisebbnek tűnik az adatlapon.

Rögzítőelemek és csavaros csatlakozások

A csavarozás mindkét tulajdonságot eltérő módon alkalmazza: a próbaterhelés (amely szorosan összefügg a folyáshatárral) azt szabályozza, hogy egy kötőelem mekkora előfeszítést tud biztonságosan megtartani tartós nyújtás nélkül, míg a szakítószilárdság, amelyet az ASME-kód csavaranyagra vonatkozó követelményei szerint magasabb biztonsági tényezővel teszteltek, szabályozza a rögzítőelem meghibásodásával szembeni végső kapacitást. A kötőelem minőségének és anyagának kiválasztása pusztán a szakítószilárdság alapján, a hozam{1}}alapú előfeszítési kapacitás ellenőrzése nélkül gyakori specifikációs hiba.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Mindig jobb a nagyobb folyáshatár a rozsdamentes acélban?

V: Nem automatikusan. A nagyobb folyáshatár vékonyabb szakaszt vagy könnyebb alkatrészt tesz lehetővé ugyanarra a terhelésre, de általában magasabb Y/T aránnyal és kisebb képlékeny résszel jár a törés előtt. A helyes választás attól függ, hogy az alkalmazás az egységnyi tömegre vetített maximális szilárdságot (a duplex vagy hidegen megmunkált minőségek előnyben részesítése) vagy a maximális képlékenységi tartalékot és a túlterhelés alatti elengedést (az izzított ausztenites minőségek előnyben részesítése) értékeli-e.

K: Miért van a 304-es és a 316-os szinte azonos folyási és szakítószilárdságú?

V: Mindkettő ausztenites minőség, hasonló felületű -központú köbös mikroszerkezettel és hasonló szén- és nitrogéntartalom-tartományokkal, így az ASTM A240 lényegében ugyanazokat a minimális mechanikai tulajdonságokat állítja be mindkettőre lágyított állapotban - 205 MPa (30 ksi) minimális hozam és 515 MPa (75 ksi) minimális szakítószilárdság. Valódi különbségük a korrózióállóság, amelyet a 316-ban lévő molibdén hajt meg, nem pedig az alapszilárdság.

K: Miért nagyobb a duplex 2205 folyáshatára, mint a 304-é, és kisebb a szakítószilárdság különbsége?

V: A Duplex 2205 nagyjából 50/50 arányú ausztenit-ferrit mikroszerkezete és nitrogénötvözete jelentősen megnöveli a képlékeny deformáció elindításához szükséges feszültséget, ami szinte teljes egészében nagyobb folyáshatárként jelenik meg. A húzószilárdság, amelyet csak jelentős húzószilárdítás és elnyakadás után érünk el, relatíve kisebb mértékben emelkedik, ezért a 2205 Y/T aránya (kb. 0,73) jóval magasabb, mint a 304-é (kb. 0,40).

K: A folyáshatár vagy a szakítószilárdság határozza meg a nyomócső falvastagságát?

V: Egyedül - az irányadó tervezési kód (például ASME B31.3) sem számítja ki azt a megengedett feszültséget, amely a szakítószilárdság töredéke (osztva egy 3,5 biztonsági tényezővel) és a folyáshatár egy része (általában két-harmada, vagy legfeljebb 90%-a az ausztenites fajlagos ausztenites-ausztenites-ausztenites sztainote-allinote-allinotetnél). A falvastagságot ezután a megengedett feszültséghez kell méretezni, nem közvetlenül a nyersanyagtulajdonsághoz.

K: Növelheti-e a hőkezelés a 304-es vagy 316-os rozsdamentes acél folyáshatárát, ahogy a 410-nél?

V: A Nem{0}} és a 316 ausztenites minőségek, amelyeket csak hideg munkával erősítenek meg, hőkezeléssel nem. - a hőkezelés inkább lágyítja, mintsem keményít. Ezzel szemben az olyan martenzites minőségek, mint a 410, hűthetők és temperálhatók, hogy elérjék a folyási és szakítószilárdságot, amely messze meghaladja az izzított értéket, ezért a 410 Y/T aránya és abszolút szilárdsága olyan széles skálán változhat a temperációtól függően.