Чврстоћа течења наспрам затезне чврстоће у нерђајућем челику: Зашто су оба важна за дизајн

Која је разлика између чврстоће течења и затезне чврстоће у нерђајућем челику?

Током стандардног теста затезања, узорак од нерђајућег челика се вуче праволинијски док се оптерећење и издужење бележе и претварају у инжењерску криву напона{0}}деформације. У првом, праволинијском-делу те криве, напон и деформација су директно пропорционални (Хоокеов закон) и узорак се враћа у првобитни облик ако се уклони оптерећење - ово је еластични регион. Једном када се крива савије од те праве линије, неке од деформација постају трајне, а материјал је ушао у пластични регион. Напон на том прелазу је граница течења.

Како се оптерећење наставља након истезања, инжењерски напон наставља да расте јер се рад на материјалу-очвршћава (исти механизам покривен у техничком чланку ЕЕТА-е о стопи очвршћавања) све док не достигне врхунац - затезне чврстоће, који се такође назива крајња затезна чврстоћа (УТС). Изнад тог врха, узорак почиње да грли локално, оптерећење које може да издржи заправо опада иако прави стрес у пределу врата наставља да се пење, а део се ломи. Укратко: граница течења је граница безбедне употребе која се може повратити; затезна чврстоћа је граница опстанка конструкције.

Зашто нерђајући челик користи методу одступања од 0,2% уместо видљиве тачке приноса?

Угљенични челик обично показује горњу и доњу тачку течења - видљив пад оптерећења тачно на еластичном-пластичном прелазу - због међупросторних атома који накратко причвршћују дислокације. Аустенитни нерђајући челик не показује ово понашање на исти начин, а његова крива преко границе еластичности савија се глатко, а не нагло савија. Да би се добио конзистентан, поновљив број за потребе дизајна и спецификације, АСТМ А370 (који се односи на АСТМ А240) захтева методу померања од 0,2% за нерђајући челик: трајна пластична деформација од 0,2% се дефинише као практичан почетак попуштања, иако се нека ранија, мања количина пластичне деформације технички јавља пре те тачке.

Ова конвенција је важна за то како читате извештај о испитивању млина. „Снага течења“ штампана на 304 или 316 МТР је увек вредност помака од 0,2%, осим ако није експлицитно наведено друго померање, и директно је упоредиво између класа, грејања и млевења само зато што сваки од њих користи исту дефиницију од 0,2%.

Како се упоређује попустљивост и затезна чврстоћа у породицама од нерђајућег челика?

Минималне вредности по АСТМ А240 за плочу/лим у жареном стању и објављени технички подаци млин за термички-третирани 410. Стварна својства варирају у зависности од топлоте, облика производа и дебљине; верификовати у складу са специфичним извештајем о испитивању млина (МТР) пре употребе у пројектовању или набавци.

Зашто је однос попуштања-према-односу затезања бољи показатељ дизајна него било који број сам?

Два материјала могу имати исту затезну чврстоћу и потпуно се различито понашати у експлоатацији ако се њихове границе развлачења разликују. Низак И/Т однос значи велики пластични регион: материјал се видљиво растеже, прераспоређује локални стрес и даје упозорење пре него што на крају поквари, што је један од разлога зашто жарени аустенитни нерђајући челик добро функционише у апликацијама где су догађаји преоптерећења, сеизмичка активност или ударно оптерећење проблем дизајна. Висок И/Т однос значи да материјал носи више своје чврстоће близу површине - што је корисно за максимизирање оптерећења-носивости по јединици тежине или попречног пресека-, али са мање уграђене- дуктилне резерве ако се део икада гурне изнад тачке течења.

Управо је то разлог зашто је дуплек 2205 одређен за-осетљиве или високе{2}}притиске (приморске платформе, цевоводи за десалинизацију) где његова већа чврстоћа течења омогућава тање делове зида за исти пројектовани притисак, док стандардне класе аустенита остају подразумевани избор за општу производњу где су дуктилност, заварљивост и маргина заваривања важнији од минималне дебљине пресека.

Како дизајнерски кодови попут АСМЕ и АСТМ заправо користе принос у односу на затезну чврстоћу?

И АСМЕ одељак ВИИИ (посуде под притиском) и АСМЕ Б31.3 (процесни цевоводи) граде своје табеле дозвољених напрезања на основу исте основне логике: затезна чврстоћа управља сигурносним фактором од ломљења, а граница течења управља сигурносним фактором против неприхватљиве трајне деформације. За већину угљеничних и ниско{2}}легираних челика, дозвољени напон је ограничен близу две-трећине границе течења. Аустенитни нерђајући челик и сличне легуре никла се различито третирају јер је њихово понашање напрезања-деформације тако дуктилно: АСМЕ обавезан додатак о утврђивању вредности напона у одељку ИИ посебно дозвољава алтернативни, већи дозвољени напон - до 90% границе течења при температури - као резултат незнатно већег оптерећења за ове материјале, будући да се не формирају под већим оптерећењем. проблем за апликацију.

У пракси, то значи да компонента притиска 304 или 316 често може да буде пројектована тако да има већи део своје границе течења него што би била еквивалентна компонента од угљеничног челика, делимично надокнађујући нижу апсолутну границу течења нерђајућег челика у поређењу са дуплекс или термички{2}}обрађеним мартензитним класама. То такође значи да дозвољена вредност напона одштампана у АСМЕ табели кодова никада није само „снага течења“ или „затезна чврстоћа“ - већ је кодом-дефинисана комбинација оба, филтрирана кроз безбедносни фактор који се разликује у зависности од породице материјала.

Да ли рад на хладном мења однос између попуштања и затезне чврстоће?

Као детаљан чланак о стопи очвршћавања аустенитног нерђајућег челика, класе као што су 301 и 304 имају висок експонент-очвршћавања (н-вредност), што значи да напон протока нагло расте са пластичним напрезањем. Пошто се чврстоћа течења мери веома рано на тој кривој, а затезна чврстоћа се мери на врхунцу, рани, стрми део криве повећава јачину течења пропорционално више него што подиже већ-високу затезну чврстоћу. Хладно ваљани пуни-тврди материјал 301, на пример, може да достигне границу течења која се приближава његовој затезној чврстоћи, што значи да је доступно веома мало додатног оптерећења између „почиње да се деформише“ и „неуспева“ - што је директна, практична последица истог ТРИП-а и дислокације-механизми очвршћавања-механизми очвршћавања који прво раде{1} нерђајући челик.

Ово је кључни разлог зашто се каљена нерђајућа трака (1/4 тврда, 1/2 тврда, потпуно тврда према АСТМ А666) одређује према темпераменту, а не према самој класи: механичка својства, а посебно однос попуштања-према-затезању, значајно се мењају унутар једне класе у зависности од тога колико је хладног рада већ примењено пре него што је део стављен у рад.

Која особина треба да подстакне избор материјала за дату апликацију?

Посуде под притиском, цевоводи и структурне компоненте

За компоненте под сталним или цикличним радним оптерећењима - цев, прирубнице, шкољке посуда, структурни носачи - јачина течења је примарни покретач дизајна јер трајна деформација, колико год мала, представља функционални квар чак и ако део није пукнуо. Применљива шифра дизајна (АСМЕ Одељак ВИИИ, АСМЕ Б31.3, или еквивалентан) затим примењује сопствену логику фактора сигурности, позивајући се на затезну чврстоћу као секундарну проверу против пуцања.

Апликације које{0}}упијају ударце, преоптерећење и енергију

За компоненте које могу да доживе повремено преоптерећење, удар или сеизмичке догађаје - механизме за хватање, заштитне ограде, одређене аутомобилске и транспортне компоненте - област испод целокупног напона- криве деформације до лома (комбинација чврстоће и издужења) је важнија од саме границе попуштања, јер материјал са великом И/Т маргином апсорбује више енергије пре лома. Ово је место где ниски -И/Т-однос жареног аустенитног разреда често надмашује алтернативу са већим{6}}приносом, али нижом-дуктилношћу, иако његов број јачине течења изгледа мањи на табели са подацима.

Причвршћивачи и вијчани спојеви

Завртње примењује обе особине на другачији начин: отпорно оптерећење (уско повезано са јачином течења) одређује колико преднапрезања затварач може безбедно да издржи без трајног истезања, док затезна чврстоћа, испитана под вишим фактором сигурности према захтевима АСМЕ кода за материјал за вијке, управља крајњим капацитетом против квара затварача. Одабир степена причвршћивача и материјала само на основу затезне чврстоће, без провере капацитета предоптерећења на основу попуштања, је уобичајена грешка у спецификацији.

Често постављана питања

П: Да ли је већа граница течења увек боља код нерђајућег челика?

О: Не аутоматски. Већа граница попуштања омогућава тањи пресек или лакшу компоненту за исто оптерећење, али обично долази са већим И/Т односом и мање дуктилне маргине пре лома. Прави избор зависи од тога да ли примена вреднује максималну чврстоћу по јединици тежине (фаворизирајући дуплекс или хладно-обрађене типове) или максималну дуктилну резерву и опрост под преоптерећењем (фаворизирајући жарене аустенитне класе).

П: Зашто 304 и 316 имају скоро идентичан попуштање и затезну чврстоћу?

О: Обе су аустенитне класе са сличном кубичном микроструктуром-центрираном на лице и сличним опсегом садржаја угљеника и азота, тако да АСТМ А240 поставља у суштини исте минималне механичке особине за оба у жареном стању - 205 МПа (30 кси) минимални принос и 515 МПа (75 кси). Њихова стварна разлика је отпорност на корозију, коју покреће молибден у 316, а не основна снага.

П: Зашто је дуплек 2205 јачина течења много већа од 304, са мањом разликом у затезној чврстоћи?

О: Дуплек 2205 је отприлике 50/50 аустенит-микроструктура ферита и легирање азота значајно повећавају напрезање потребно за иницирање пластичне деформације, што се скоро у потпуности показује као већа граница течења. Затезна чврстоћа, достигнута тек након значајног деформацијског очвршћавања и грлића, расте за мањи релативни износ, због чега је И/Т однос 2205 (око 0,73) много већи од 304 (око 0,40).

П: Да ли јачина течења или затезна чврстоћа одређују дебљину зида потисне цеви?

О: Ни сам - важећи код за пројектовање (као што је АСМЕ Б31.3) не израчунава дозвољени напон који је нижи од дела затезне чврстоће (подељене са сигурносним фактором 3,5) и дела чврстоће течења (обично две-трећине, или до 90% за све без нерђајућег челика и под специфичним аустеничним кодом). Дебљина зида се тада димензионира према том дозвољеном напрезању, а не директно према особинама сировине.

П: Може ли топлотна обрада повећати границу течења нерђајућег челика 304 или 316 на начин на који то чини за 410?

О: Но. 304 и 316 су аустенитне класе ојачане само хладним радом, а не топлотном обрадом - жарење их омекшава, а не очвршћава. Мартензитне класе као што је 410, насупрот томе, могу да се угасе и темперирају да би се постигла чврстоћа течења и затезања далеко изнад њихових жарених вредности, због чега И/Т однос 410 и апсолутна чврстоћа могу да варирају тако широко у зависности од темперамента.