Cada protocolo de teste (Brinell, Rockwell, Vickers) possui procedimentos específicos para o objeto em teste.

Cada protocolo de teste (Brinell, Rockwell, Vickers) possui procedimentos específicos para o objeto em teste.O teste t Rockwell é útil para testar tubos de paredes finas, cortando o tubo longitudinalmente e verificando a parede do tubo pelo diâmetro interno em vez do diâmetro externo.
Encomendar tubos é como ir a uma concessionária de automóveis e encomendar um carro ou caminhão.Há agora uma infinidade de opções disponíveis que permitem aos compradores personalizar o carro de várias maneiras – cores internas e externas, pacotes de acabamento, opções de estilo exterior, opções de trem de força e um sistema de áudio que é quase tão bom quanto um sistema de entretenimento doméstico.Com todas essas opções, você provavelmente não ficará satisfeito com um carro padrão sem frescuras.
Isso se aplica a tubos de aço.Possui milhares de opções ou especificações.Além das dimensões, a especificação menciona propriedades químicas e diversas propriedades mecânicas, como resistência mínima ao escoamento (MYS), resistência à tração final (UTS) e alongamento mínimo até a ruptura.Contudo, muitos na indústria – engenheiros, agentes de compras e fabricantes – usam a abreviatura da indústria e defendem tubos soldados “simples” e listam apenas uma característica: dureza.
Tente encomendar um carro de acordo com uma característica (“Preciso de um carro com câmbio automático”), e com o vendedor você não irá longe.Ele tem que preencher um formulário com muitas opções.Este é o caso dos tubos de aço: para obter um tubo adequado para uma aplicação, um fabricante de tubos precisa de muito mais informações do que dureza.
Como a dureza se tornou um substituto aceito para outras propriedades mecânicas?Provavelmente começou com os fabricantes de tubos.Como o teste de dureza é rápido, fácil e requer equipamento relativamente barato, os vendedores de tubos costumam usar testes de dureza para comparar dois tipos de tubo.Tudo o que eles precisam para realizar um teste de dureza é um pedaço liso de tubo e um equipamento de teste.
A dureza do tubo está intimamente relacionada ao UTS e uma regra prática (porcentagem ou faixa percentual) é útil para estimar o MYS, por isso é fácil ver como o teste de dureza pode ser um proxy adequado para outras propriedades.
Além disso, outros testes são relativamente difíceis.Embora os testes de dureza levem apenas cerca de um minuto em uma única máquina, os testes MYS, UTS e de alongamento exigem a preparação da amostra e um investimento significativo em grandes equipamentos de laboratório.Em comparação, um operador de uma fábrica de tubos realiza um teste de dureza em segundos, enquanto um metalúrgico especialista realiza um teste de tração em poucas horas.Realizar um teste de dureza não é difícil.
Isso não significa que os fabricantes de tubos de engenharia não utilizem testes de dureza.É seguro dizer que a maioria faz isso, mas como avaliam a repetibilidade e a reprodutibilidade do instrumento em todos os equipamentos de teste, estão bem cientes das limitações do teste.A maioria deles o utiliza para avaliar a dureza do tubo como parte do processo de fabricação, mas não o utiliza para quantificar as propriedades do tubo.É apenas um teste de aprovação/reprovação.
Por que preciso saber MYS, UTS e alongamento mínimo?Eles indicam o desempenho da montagem do tubo.
MYS é a força mínima que causa deformação permanente do material.Se você tentar dobrar levemente um pedaço de arame reto (como um cabide) e liberar a pressão, uma de duas coisas acontecerá: ele retornará ao seu estado original (reto) ou permanecerá dobrado.Se ainda estiver correto, então você ainda não superou o MYS.Se ainda estiver dobrado, você errou.
Agora pegue as duas pontas do fio com um alicate.Se você conseguir quebrar um fio ao meio, você passou pelo UTS.Você puxa com força e tem dois pedaços de arame para mostrar seus esforços sobre-humanos.Se o comprimento original do fio era de 5 polegadas e os dois comprimentos após a falha somam 6 polegadas, o fio esticará 1 polegada, ou 20%.Os testes de tração reais são medidos dentro de 2 polegadas do ponto de ruptura, mas não importa o que aconteça – o conceito de tensão da linha ilustra o UTS.
As amostras de micrografia de aço devem ser cortadas, polidas e atacadas com uma solução levemente ácida (geralmente ácido nítrico e álcool) para tornar os grãos visíveis.A ampliação de 100x é comumente usada para inspecionar grãos de aço e determinar seu tamanho.
A dureza é um teste de como um material reage ao impacto.Imagine que um pequeno pedaço de tubo é colocado em uma morsa com mandíbulas serrilhadas e agitado para fechar a morsa.Além de alinhar o tubo, as mandíbulas do torno deixam uma marca na superfície do tubo.
É assim que funciona o teste de dureza, mas não é tão difícil.O teste tem um tamanho de impacto controlado e uma pressão controlada.Essas forças deformam a superfície, formando reentrâncias ou reentrâncias.O tamanho ou profundidade do amassado determina a dureza do metal.
Ao avaliar o aço, os testes de dureza Brinell, Vickers e Rockwell são comumente usados.Cada um tem sua própria escala e alguns deles possuem vários métodos de teste, como Rockwell A, B, C, etc. Para tubos de aço, a especificação ASTM A513 refere-se ao teste Rockwell B (abreviado como HRB ou RB).O Teste Rockwell B mede a diferença na força de penetração de uma esfera de aço de 1⁄16 polegada de diâmetro no aço entre uma pré-carga leve e uma carga básica de 100 kgf.Um resultado típico para aço-carbono padrão é HRB 60.
Os cientistas de materiais sabem que a dureza tem uma relação linear com o UTS.Portanto, a dureza dada prevê UTS.Da mesma forma, o fabricante do tubo sabe que MYS e UTS estão relacionados.Para tubos soldados, o MYS é normalmente de 70% a 85% UTS.A quantidade exata depende do processo de fabricação do tubo.A dureza do HRB 60 corresponde a UTS 60.000 libras por polegada quadrada (PSI) e cerca de 80% MYS, que é 48.000 PSI.
A especificação de tubo mais comum para produção geral é a dureza máxima.Além do tamanho, os engenheiros também estão interessados ​​em especificar tubos soldados por resistência (ERW) dentro de uma boa faixa operacional, o que pode resultar em desenhos de peças com uma possível dureza máxima de HRB 60. Esta decisão por si só resulta em uma série de propriedades mecânicas finais, incluindo a própria dureza.
Primeiro, a dureza do HRB 60 não nos diz muito.A leitura do HRB 60 é um número adimensional.Os materiais classificados em HRB 59 são mais macios do que aqueles testados em HRB 60, e o HRB 61 é mais duro que o HRB 60, mas em quanto?Não pode ser quantificado como volume (medido em decibéis), torque (medido em libras-pés), velocidade (medida em distância versus tempo) ou UTS (medido em libras por polegada quadrada).A leitura do HRB 60 não nos diz nada específico.É uma propriedade material, não uma propriedade física.Em segundo lugar, a determinação da dureza por si só não é adequada para garantir a repetibilidade ou reprodutibilidade.A avaliação de dois locais em uma amostra, mesmo que os locais de teste estejam próximos, geralmente resulta em leituras de dureza muito diferentes.A natureza dos testes agrava este problema.Após uma medição de posição, uma segunda medição não pode ser realizada para verificar o resultado.A repetibilidade do teste não é possível.
Isso não significa que a medição da dureza seja inconveniente.Na verdade, este é um bom guia para coisas UTS e é um teste rápido e fácil.Contudo, qualquer pessoa envolvida na definição, aquisição e fabricação de tubos deve estar ciente de suas limitações como parâmetro de teste.
Como o tubo “normal” não está claramente definido, os fabricantes de tubos normalmente o restringem aos dois tipos de aço e tubo mais comumente usados, conforme definido na ASTM A513:1008 e 1010, quando apropriado.Mesmo depois de excluir todos os outros tipos de tubos, as possibilidades para as propriedades mecânicas destes dois tipos de tubos permanecem abertas.Na verdade, esses tipos de tubos possuem a mais ampla gama de propriedades mecânicas de todos os tipos de tubos.
Por exemplo, um tubo é considerado macio se o MYS for baixo e o alongamento for alto, o que significa que ele tem melhor desempenho em termos de estiramento, deformação e deformação permanente do que um tubo descrito como rígido, que tem um MYS relativamente alto e um alongamento relativamente baixo. ..Isso é semelhante à diferença entre arame macio e arame duro, como cabides e furadeiras.
O alongamento em si é outro fator que tem um impacto significativo em aplicações críticas de tubos.Tubos de alto alongamento podem suportar alongamento;materiais de baixo alongamento são mais frágeis e, portanto, mais propensos a falhas catastróficas por fadiga.Entretanto, o alongamento não está diretamente relacionado ao UTS, que é a única propriedade mecânica diretamente relacionada à dureza.
Por que os tubos variam tanto em suas propriedades mecânicas?Primeiro, a composição química é diferente.O aço é uma solução sólida de ferro e carbono, bem como de outras ligas importantes.Para simplificar, trataremos apenas da percentagem de carbono.Os átomos de carbono substituem alguns dos átomos de ferro, criando a estrutura cristalina do aço.ASTM 1008 é um grau primário abrangente com teor de carbono de 0% a 0,10%.Zero é um número especial que fornece propriedades únicas com um teor de carbono ultrabaixo no aço.ASTM 1010 define o teor de carbono de 0,08% a 0,13%.Essas diferenças não parecem enormes, mas são suficientes para fazer uma grande diferença em outros lugares.
Em segundo lugar, os tubos de aço podem ser fabricados ou fabricados e posteriormente processados ​​em sete processos de fabrico diferentes.ASTM A513 em relação à produção de tubos ERW lista sete tipos:
Se a composição química do aço e as etapas de fabricação dos tubos não afetam a dureza do aço, o que acontecerá?A resposta a esta pergunta significa um estudo cuidadoso dos detalhes.Esta questão leva a duas outras questões: quais detalhes e quão próximos?
Informações detalhadas sobre os grãos que compõem o aço são a primeira resposta.Quando o aço é produzido em uma usina primária, ele não esfria até formar uma massa enorme com uma propriedade.À medida que o aço esfria, suas moléculas formam padrões repetidos (cristais), semelhantes à forma como os flocos de neve se formam.Após a formação dos cristais, eles são combinados em grupos chamados grãos.À medida que os grãos esfriam, eles crescem, formando toda a folha ou prato.O crescimento do grão para quando a última molécula de aço é absorvida pelo grão.Tudo isso acontece em um nível microscópico, com um grão de aço de tamanho médio com cerca de 64 mícrons ou 0,0025 polegadas de diâmetro.Embora cada grão seja semelhante ao outro, eles não são iguais.Eles diferem ligeiramente entre si em tamanho, orientação e conteúdo de carbono.As interfaces entre os grãos são chamadas de limites de grãos.Quando o aço falha, por exemplo devido a trincas por fadiga, ele tende a falhar nos limites dos grãos.
Quão perto você precisa olhar para ver partículas distintas?Uma ampliação de 100 vezes ou 100 vezes a acuidade visual do olho humano é suficiente.No entanto, simplesmente olhar para o aço bruto na potência 100 não adianta muito.As amostras são preparadas polindo a amostra e atacando a superfície com um ácido, geralmente ácido nítrico e álcool, que é chamado de ataque com ácido nítrico.
São os grãos e sua estrutura interna que determinam a resistência ao impacto, MYS, UTS e o alongamento que o aço pode suportar antes da falha.
Etapas de produção de aço, como laminação de tiras a quente e a frio, transferem tensões para a estrutura do grão;se mudarem constantemente de forma, isso significa que a tensão deformou os grãos.Outras etapas de processamento, como enrolar o aço em bobinas, desenrolar e passar por um moinho de tubos (para formar o tubo e dimensionar), deformam os grãos de aço.A trefilação a frio do tubo no mandril também tensiona o material, assim como as etapas de fabricação, como formação de extremidades e dobramento.Mudanças na estrutura dos grãos são chamadas de discordâncias.
As etapas acima esgotam a ductilidade do aço, sua capacidade de suportar tensões de tração (rasgamento).O aço torna-se quebradiço, o que significa que é mais provável que se quebre se continuar a trabalhar com o aço.O alongamento é um componente da plasticidade (a compressibilidade é outro).É importante entender aqui que a falha ocorre com mais frequência em tração e não em compressão.O aço é bastante resistente às tensões de tração devido ao seu alongamento relativamente alto.No entanto, o aço deforma-se facilmente sob tensão de compressão – é maleável – o que é uma vantagem.
Compare isso com o concreto, que tem resistência à compressão muito alta, mas baixa ductilidade.Essas propriedades são opostas às do aço.É por isso que o concreto usado em estradas, edifícios e calçadas é frequentemente reforçado.O resultado é um produto que possui a resistência de ambos os materiais: o aço é resistente à tração e o concreto é resistente à compressão.
Durante o endurecimento, a ductilidade do aço diminui e sua dureza aumenta.Em outras palavras, endurece.Dependendo da situação, isto pode ser uma vantagem, mas também pode ser uma desvantagem, pois dureza equivale a fragilidade.Ou seja, quanto mais duro for o aço, menos elástico ele será e, portanto, maior será a probabilidade de falhar.
Em outras palavras, cada etapa do processo requer alguma ductilidade do tubo.À medida que a peça é processada, ela fica mais pesada e, se for muito pesada, em princípio é inútil.Dureza é fragilidade e tubos frágeis estão sujeitos a falhas durante o uso.
O fabricante tem opções neste caso?Resumindo, sim.Esta opção é recozimento e, embora não seja exatamente mágica, é tão mágica quanto possível.
Em termos simples, o recozimento remove todos os efeitos do impacto físico nos metais.No processo, o metal é aquecido até uma temperatura de alívio de tensão ou recristalização, o que resulta na remoção de discordâncias.Assim, o processo restaura parcial ou totalmente a ductilidade, dependendo da temperatura específica e do tempo utilizado no processo de recozimento.
O recozimento e o resfriamento controlado promovem o crescimento dos grãos.Isto é benéfico se o objetivo for reduzir a fragilidade do material, mas o crescimento descontrolado dos grãos pode amolecer demais o metal, tornando-o inutilizável para o uso pretendido.Interromper o processo de recozimento é outra coisa quase mágica.A têmpera na temperatura certa com o agente de endurecimento certo no momento certo interrompe rapidamente o processo e restaura as propriedades do aço.
Devemos abandonar as especificações de dureza?não.As propriedades de dureza são valiosas, antes de tudo, como orientação na determinação das características dos tubos de aço.A dureza é uma medida útil e uma das diversas propriedades que devem ser especificadas ao solicitar material tubular e verificada no recebimento (documentada para cada remessa).Quando um teste de dureza é usado como padrão de teste, ele deve ter valores de escala e limites de controle apropriados.
Porém, este não é um verdadeiro teste de aprovação (aceitação ou rejeição) do material.Além da dureza, os fabricantes devem verificar as remessas periodicamente para determinar outras propriedades relevantes, como MYS, UTS ou alongamento mínimo, dependendo da aplicação do tubo.
Wynn H. Kearns is responsible for regional sales for Indiana Tube Corp., 2100 Lexington Road, Evansville, IN 47720, 812-424-9028, wkearns@indianatube.com, www.indianatube.com.
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