ASTM A519 50B40 Bešavne čelične cijevi: sastav čelika od bora, kaljivost i toplinska obrada

Opseg ASTM A519/A519M bešavnih mehaničkih cijevi

ASTM A519/A519M pokriva bešavne mehaničke cijevi od ugljičnog i legiranog čelika koje se isporučuju u vrućem ili hladno završenom stanju, za mehaničke primjene i primjene pod pritiskom u kojima je potrebna definirana kemija, kontrolirana kaljivost i specificirana mehanička svojstva. Cijev se proizvodi toplim bušenjem čvrste okrugle gredice, a zatim njenom redukcijom, bilo vrućim valjanjem do naručene veličine ili hladnim izvlačenjem preko trna ili čepa. Budući da je proizvod bešavan, nema uzdužni zavar, i stoga je poželjan svugdje gdje su bitne ujednačene osobine obruča, nepropusnost pod pritiskom, koncentričnost i konzistentna obradivost.

Specifikacija je pandan cevi specifikacijama šipki: klasa kao što je SAE 50B40 opisuje čelik, dok ASTM A519/A519M opisuje cevasti proizvod, njegove uslove isporuke, tolerancije i testiranje. Kupci stoga naručuju prema klasi, vanjskom prečniku, debljini stijenke, stanju isporuke, dužini i ispitivanjima koja treba izvršiti, a mlin izdaje certifikat o ispitivanju koji pokriva kemijske i mehaničke rezultate.

SAE 50B40: Hemija i uloga bora

SAE 50B40 je srednje ugljični, borom tretiran hrom čelik iz porodice 50xx. Nivo ugljika daje mu snagu nakon stvrdnjavanja, mali dodatak hroma umjereno doprinosi otvrdnjavanju i otpornosti na habanje, a bor daje odlučujuće povećanje reakcije na očvršćavanje. Tipične granice analize livačkog lonca primijenjene na razred su prikazane u nastavku.

Bor proizvodi svoj efekat na veoma niskim nivoima, i to je inženjerska tačka ovog kvaliteta. Nekoliko hiljaditih delova procenta bora potiskuje nukleaciju ferita na granicama zrna austenita tokom hlađenja, tako da se transformacija u martenzit nastavlja na veću dubinu nego što bi bila u istom čeliku bez bora. Praktična posljedica je da se sadržaj legure, a time i cijena legure, može smanjiti dok se održava potrebna dubina stvrdnjavanja. Bor mora ostati u rastvoru da bi radio, tako da čeličar vezuje azot sa malim dodatkom titana ili aluminijuma; kada je bor prisutan u pogrešnom obliku, on postaje neučinkovit i kaljivost pada na onu osnovnog ugljičnog čelika. Temperatura austenizacije i vreme zadržavanja takođe utiču na rast zrna i efikasnost bora, zbog čega je kontrola toplotne obrade važna koliko i hemija.

Otvrdljivost se kontroliše komercijalno narudžbom na traku otvrdljivosti, a ne na jednu kompoziciju. Metoda ispitivanja krajnjeg gašenja se koristi za demonstriranje odziva, a traka ograničava tvrdoću koja se može mjeriti na svakoj udaljenosti od kaljenog kraja. Ovo je svojstvo najrelevantnije za komponentu kao što je cilindar ili osovina, jer određuje da li se potrebna tvrdoća može postići na srednjem zidu ili u centru presjeka.

Mehanička svojstva i toplinska obrada

ASTM A519/A519M navodi da su mehanička svojstva cijevi one klase u naručenom stanju isporuke. U praksi kupac specificira ili raspon vlačne čvrstoće, minimalnu granicu tečenja, opseg tvrdoće ili kombinaciju, a mlin provjerava rezultat na komadima za vlačno ispitivanje uzetim iz cijevi. Ispitivanje tvrdoće se često navodi kao rutinska provjera prihvatljivosti, a spljoštavanje ili hidrostatička ispitivanja, ili oboje, mogu biti potrebni kada se cijev koristi u radu pod pritiskom. Kada se cijev koristi u stanju kaljenja i temperiranja, čvrstoća i žilavost se određuju temperaturom kaljenja, a potrebna kombinacija se dogovara po narudžbi, a ne pretpostavlja se samo iz razreda.

Tipična termička obrada gotovog dijela slijedi niz dolje.

Austeniziranje.Ravnomjerno zagrijavanje u austenitnom opsegu, koji se obično navodi u području od 845 do 870 stepeni za ovu klasu srednjeg ugljeničnog čelika od bora. Vrijeme na temperaturi mora se kontrolirati tako da struktura zrna ne postane gruba, jer krupna zrna smanjuju žilavost i mogu razrijediti korist bora.

Gašenje.Kaljenje uljem ili polimerom, odabrano tako da brzina hlađenja premašuje kritičnu brzinu kroz debljinu stijenke uz ograničavanje rizika od izobličenja i pucanja. Tankim zidovima i dugim cijevima je potrebna potpora ili vertikalno gašenje kako bi ostali ravni.

Kaljenje.Neposredno nakon gašenja, na temperaturi koja je odabrana da proizvede specificiranu tvrdoću. Temperatura u području od 500 do 550 stepeni se obično koristi za srednje ugljične čelike od bora kada je potrebna ravnoteža čvrstoće i žilavosti; više temperature smanjuju čvrstoću i povećavaju duktilnost, niže temperature čine suprotno.

Ispravljanje i oslobađanje od stresa.Kašenje dovodi do izobličenja i preostalog naprezanja, tako da se ispravljanje i, gdje je stabilnost dimenzija kritična, tretman za smanjenje napona obično uključuje prije završne obrade.

Površinsko očvršćavanje.Za dijelove kojima je potrebna tvrda površina otporna na habanje preko čvrstog jezgra, na obrađenu cijev se primjenjuje indukcijsko kaljenje ili naugljičenje, a otvrdnjavanje razreda određuje postignutu dubinu kaljenog kućišta.

Tipične primjene

Cilindar hidrauličnih i pneumatskih cijevi i klipnjača, gdje se provrt mora strojno obrađivati, brusiti i često indukcijski kaliti.

Šuplje pogonske osovine, osovine propelera i vratila za izvođenje snage, gdje bešavna cijev štedi težinu u usporedbi sa čvrstom šipkom.

Osovinske cijevi, komponente upravljanja i ovjesa, te spojne čahure u komercijalnim vozilima i poljoprivrednim strojevima.

Sjedišta ležaja, prstenovi ležaja i čahure kojima je potrebno čvrsto, dimenzijski stabilno sjedište nakon termičke obrade.

Mašinska vretena, vodilice i čahure u alatnim mašinama i opštoj mašinstvu.

Tijela amortizera, moment cijevi i rotirajući dijelovi u građevinarstvu, rudarstvu i opremi za rukovanje materijalom.

Općenito kaljeni i kaljeni mehanički dijelovi gdje strojno obrađena cijev koja se obrađuje toplinom zamjenjuje čvrsto kovanje ili šipku.

Tačke za mašinsku obradu, zavarivanje i kontrolu

Mašinska obrada.Mašine za hladno vučene i žarene cijevi za dobru završnu obradu s konvencionalnim alatima. Budući da srednji sadržaj ugljika i dodatak bora znače da tvrdoća naglo raste pri hlađenju, treba izbjegavati prekinute rezove i lošu opskrbu rashladnom tečnošću, a dio treba strojno obraditi u mekom stanju prije stvrdnjavanja gdje god to procesni slijed dozvoljava. Izobličenje nakon stvrdnjavanja je minimalizirano grubom obradom, toplinskom obradom i završnom obradom.

Zavarivanje.Ekvivalent ugljenika 0,40% ugljeničnog čelika sa do 1,00% mangana je dovoljno visok da zavarivanje zahteva pažnju. Regulacija temperature predgrijavanja i međuprolazna je uobičajeno specificirana, koriste se potrošni materijali s malo vodonika, a debeli ili vrlo ograničeni spojevi se podvrgavaju toplinskoj obradi nakon zavarivanja kako bi se omekšala zona zahvaćena toplinom i smanjio rizik od pucanja uz pomoć vodika. Kada se spoj mora zavariti u očvrslom stanju, postupak treba biti kvalifikovan za stvarni nivo tvrdoće.

Hemijska verifikacija.Sadržaj bora treba potvrditi hemijskom analizom, a provjera dodatka aluminija ili titana je koristan dokaz da je bor pravilno zaštićen. Ugljik i mangan se provjeravaju u odnosu na granice kvaliteta.

Kaljivost.Tamo gdje je narudžba specificirala opseg kaljivosti, krajnja kriva gašenja se upoređuje s granicama pojasa za vrstu. Za cijev se presjek zida obično također provjerava pomicanjem tvrdoće ili sečenjem reprezentativnog komada nakon proizvodne termičke obrade, što je najdirektniji dokaz da je postignuta potrebna dubina stvrdnjavanja.

Dimenzionalni i unutrašnji kvalitet.Vanjski prečnik, debljina stijenke, ekscentricitet zida, dužina i ravnost se provjeravaju u skladu sa tolerancijama specifikacije. Za pritisak i kritičnu rotaciju, ultrazvučno ispitivanje, koje se obično odnosi na referentni standard rupe s ravnim dnom, ili ispitivanje vrtložnim strujama je specificirano kako bi se potvrdila unutrašnja čvrstoća, a površina se ispituje na šavove, preklope, kamenac i dekarbonizaciju.

FAQ

P: Za šta se koristi ASTM A519 50B40 čelična cijev?
Koristi se za bešavne mehaničke cijevi koje se moraju strojno obraditi, a zatim očvrsnuti ili isporučiti već kaljene i temperirane. Tipični dijelovi uključuju hidraulične i pneumatske cijevi cilindara, šuplje pogonske i propelerne osovine, osovinske cijevi, sjedišta i čahure ležajeva, vretena mašina i tijela amortizera u komercijalnim vozilima, poljoprivrednu mehanizaciju, građevinsku opremu i općenito mašinstvo.

P: Zašto se bor dodaje čeliku 50B40?
Bor se dodaje u vrlo malim količinama, obično između 0,0005 % i 0,003 %, kako bi se povećala otvrdljivost. Odgađa formiranje ferita na granicama zrna austenita tokom hlađenja, pa se čelik stvrdnjava na veću dubinu od istog osnovnog sastava bez bora. Ovo omogućava smanjenje sadržaja legure i cijene legure uz zadržavanje potrebne dubine stvrdnjavanja, što je glavni razlog zašto je klasa konkurentna s teže legiranim čelicima.

P: Koja je razlika između 50B40 i SAE 4140?
SAE 4140 je hrom-molibden čelik koji se oslanja na molibden zbog svoje kaljivosti, dok je 50B40 čelik od srednjeg ugljika od hroma koji se oslanja uglavnom na bor. Klasa bora nudi uporedivu reakciju stvrdnjavanja sa manjom i obično ekonomičnijom kompozicijom, ali je osjetljivija na kontrolu toplinske obrade, posebno na zaštitu bora titanom ili aluminijumom i na vrijeme i temperaturu austenizacije. SAE 4140 ostaje izbor tamo gdje je potreban veći sadržaj legure, bolja čvrstoća pri visokim temperaturama ili šira tolerancija na varijacije procesa.

P: Da li se ASTM A519 50B40 cijevi mogu zavariti?
Da, ali to zahtijeva kontroliranu proceduru. Nivoi ugljika i mangana daju čeliku relativno visok ekvivalent ugljika, tako da su predgrijavanje i kontrola temperature između prolaza normalno specificirani, koriste se potrošni materijali s malo vodonika, a toplinska obrada nakon zavarivanja primjenjuje se na debele ili ograničene spojeve kako bi se smanjila tvrdoća u zoni utjecaja topline i izbjeglo pucanje uz pomoć vodika. Zavarivanje treba biti kvalifikovano na osnovu stvarnog kvaliteta i stanja tvrdoće.

P: Koji su uslovi isporuke dostupni za A519 50B40 cijev?
Bešavne cijevi ove klase se obično isporučuju vruće završene, hladno vučene, žarene, normalizirane ili kaljene i temperirane. Stanje se bira prema načinu proizvodnje dijela: hladno vučeni i žareni materijal za tešku strojnu obradu, normalizirani materijal gdje se želi ujednačena struktura i kaljeni i kaljeni materijal gdje se dio koristi u očvrslom stanju bez daljnje toplinske obrade.

P: Koji testovi su obično potrebni za 50B40 cijevi?
Hemijska provjera, uključujući sadržaj bora, je fundamentalna. Ispitivanje zatezanja cijevi je potrebno da se potvrdi mehanička svojstva uvjeta isporuke, ispitivanje tvrdoće se obično specificira za prihvatanje, a otvrdljivost se demonstrira ispitivanjem na kraju gašenja gdje je traka naručena. Ispitivanje ultrazvučnim ili vrtložnim strujama, ispitivanje spljoštenosti i hidrostatičko ispitivanje specificirano je za pritisak i kritičnu upotrebu, zajedno sa inspekcijom dimenzija i površine za ekscentricitet zida, ravnost, šavove i dekarbonizaciju.

P: Kako debljina zida utiče na stvrdnjavanje 50B40?
Kaljivost opisuje koliko se čelik može stvrdnuti u dijelu, tako da se tanki zid stvrdne mnogo lakše nego debeli. Tamo gdje se zahtijeva da se teški zid stvrdne do srednjeg zida ili provrta, traka otvrdnjavanja i praksa gašenja moraju biti odabrani zajedno, a pomicanje tvrdoće na uzorku s presecima je praktičan način da se potvrdi da je potrebna dubina otvrdnjavanja dostignuta prije nego što se dio pusti u proizvodnju.