Dlaczego obróbka na zimno rur stalowych bez szwu musi przebiegać według ścisłej sekwencji?

Obróbka na zimno (czasami nazywana obróbką poniżej zera lub kriogeniczną) to kolejny-etap stosowany po hartowaniu niektórych gatunków rur i rur stalowych bez szwu, - najczęściej stali stopowej, stali łożyskowej i-precyzyjnie ciągnionych rur, gdzie stabilność wymiarowa w całym okresie użytkowania ma większe znaczenie niż w przypadku zwykłych rur konstrukcyjnych. Prawidłowo wykonany, przekształca resztkowy austenit w martenzyt i łagodzi naprężenia wewnętrzne, które pozostawia po hartowaniu. Wykonana w niewłaściwej kolejności lub z pominiętym krokiem może spowodować, że rura będzie wyglądała dobrze pod względem wymiarów na hali produkcyjnej, a następnie pęknie, zniekształci się lub przekroczy granice tolerancji kilka miesięcy później podczas pracy.

Proces nie jest skomplikowany w koncepcji, aledziała tylko jako sekwencja- każdy krok ma na celu radzenie sobie ze stresem wywołanym przez poprzedzający go krok. Poniżej omawiamy metalurgię wyjaśniającą, dlaczego w ogóle konieczna jest obróbka na zimno,-czteroetapowy proces w kolejności, w jakiej faktycznie musi on nastąpić, oraz co należy sprawdzić przy zakupie rury, która powinna przez nią przejść.

Kiedy hartowana stal jest hartowana, austenit w jej strukturze przekształca się w martenzyt, gdy materiał ochładza się powyżej temperatury zwanej Ms (początek martenzytu). Transformacja ta trwa wraz ze spadkiem temperatury, aż do niższej temperatury zwanej Mf (wykończenie martenzytyczne) -, czyli punktu, w którym przemiana jest zasadniczo zakończona. Problem w tym, żew przypadku wielu stali stopowych i łożyskowych wartość Mf jest znacznie niższa od temperatury pokojowej. Hartowanie, które kończy się w temperaturze pokojowej (lub jest-chłodzone powietrzem z powrotem do temperatury pokojowej), zatem zatrzymuje przemianę w połowie, pozostawiając część pierwotnego austenitu nieprzekształconą. To jestaustenit zachowany.

Austenit szczątkowy jest metastabilny - nie jest to faza trwale stabilna, jest to austenit, który po prostu nigdy nie ostygł na tyle, aby zakończyć transformację. Pozostawiony sam sobie może z biegiem czasu ulegać powolnym zmianom, szczególnie pod obciążeniem, wibracjami lub wahaniami temperatury. Ponieważ martenzyt zajmuje większą objętość niż austenit, z którego powstaje, ta powolna transformacja objawia się jakowzrost wymiarów i narastanie naprężeń wewnętrznych po tym, jak część jest już eksploatowana- dokładnie ten rodzaj awarii, któremu ma zapobiegać obróbka zimnem.

Dlatego najczęściej pojawia się leczenie zimnemprecyzyjne rury bez szwu, bieżnie łożysk, elementy mierników i części ze stali-narzędziowej- zastosowania, w których ułamek milimetra przesunięcia wymiarowego po zamontowaniu części stanowi prawdziwy problem, a nie kosmetyczny. Nie stosuje się go jako rutynowego etapu w przypadku zwykłych rur przewodowych-ze stali węglowej lub rur konstrukcyjnych bez szwu, ponieważ te gatunki nie są-utwardzane na wskroś i po prostu nie zawierają znaczącego austenitu szczątkowego po hartowaniu. Jeśli kupujący zaopatruje się w standardzieA106LubAPI 5Lbezszwowa rura przewodowa, obróbka na zimno nie jest tematem, o który należy pytać; jeśli zamówienie dotyczy-precyzyjnie szlifowanej rury bez szwu przeznaczonej na obudowę łożyska, tuleję cylindra hydraulicznego lub płytkę wzorcową, warto zapytać, czy proces dostawcy obejmuje to i w jaki sposób.

Krok 1: Dlaczego warto-namoczyć najpierw we wrzącej wodzie?

Zanim rura osiągnie temperaturę bliską-zeru, należy ją najpierw umieścić we wrzącej wodzie i tam trzymaćokoło 30 sekund. Ten krok powoduje dwie rzeczy na raz. Po pierwsze, tołagodzi około 15% naprężeń wewnętrznychpozostałości po pierwotnym naprężeniu hartowania -, które w przeciwnym razie nałożyłoby się na nowe naprężenie, które wkrótce wprowadzi obróbka zimnem. Po drugie, tostabilizuje austenit szczątkowyw swoim obecnym stanie, zanim część zostanie wystawiona na znacznie większe wahania temperatury, które po niej nastąpią. Pominięcie tego kroku nie wstrzymuje działania zimnej obróbki, ale usuwa bufor, na który liczą się późniejsze etapy, i jest to jeden z częściej wybieranych skrótów, gdy sklep stara się zaoszczędzić czas cyklu.

Krok 2: Dlaczego warto leczyć w dwóch etapach w temperaturze poniżej zera, a następnie głęboko kriogenicznie?

Sama obróbka zimnem odbywa się w dwóch etapach temperaturowych, a nie w jednym. Rura najpierw trafia do akonwencjonalna temperatura poniżej zera wynosząca około -60 stopni C, i dopiero potem spada dogłęboka obróbka kriogeniczna w temperaturze około -120 st.C. Można to zrobić w dwóch etapach zamiast zanurzać się bezpośrednio do -120 stopni Celsjusza z tego samego powodu, dla którego ma miejsce wstępne namaczanie-wrzącej-wody: pozwala to kontrolować szybkość szoku termicznego, ponieważ duża, niekontrolowana delta-T jest dokładnie tym, co ma tendencję do otwierania pęknięć w już-wyhartowanej i już naprężonej części.

Im niższa temperatura obróbki, tym więcej austenitu szczątkowego przekształca się w martenzyt- o to właśnie chodzi, aby osiągnąć -120 stopni C, a nie zatrzymać się na -60 stopniach C. Ale transformacja nigdy nie jest pełna. Testy konsekwentnie to pokazująpozostaje około 2% austenitu szczątkowegonawet po głębokiej obróbce kriogenicznej w temperaturze -120 stopni C, niezależnie od tego, jak długo wydłuża się czas przetrzymywania. Pozostałość ta nie jest wadą, którą należy dążyć do zera – niewielka, kontrolowana ilość austenitu szczątkowego pozostawiona w strukturze działa jakbufor pochłaniający streszamiast przesyłać go bezpośrednio do otaczającego martenzytu, co jest jednym z powodów, dla których specyfikacje głębokiej obróbki kriogenicznej skupiają się na temperaturze i czasie przetrzymywania, a nie na efekcie zerowego-zachowania-austenitu.

Krok 3: Po co podgrzewać w ciepłej wodzie przed hartowaniem?

Po zakończeniu głębokiego utrzymywania kriogenicznego rurę wyjmuje się i podgrzewaciepła woda, nie pozostawiony do samodzielnego wyrównania z otaczającym powietrzem. Ten etap ponownego podgrzewaniałagodzi około 40% stresu wywołanego samą obróbką zimnem- nowy martenzyt powstały podczas etapów temperatur ujemnych i głębokiej krioterapii przenosi własne naprężenia wewnętrzne, oprócz tego, co pozostało z pierwotnego hartowania. Stopniowe podgrzewanie wody zapewnia podróż powrotną w taki sam sposób, w jaki-wstępne namoczenie-wrzącej wody umożliwiło podróż: poprzez kontrolowanie zmian temperatury, a nie nagłe.

Krok 4: Dlaczego temperowanie musi nastąpić szybko?

Sekwencja kończy się hartowaniem ihartowanie musi nastąpić niezwłocznie po ponownym podgrzaniu-ciepłej wody, a nie w dogodnym późniejszym momencie harmonogramu produkcji. Odpuszczanie usuwa większość naprężeń związanych z zimną-obróbką, które pozostają po etapie ciepłej-wody i to właśnie zapobiega opóźnionemu pękaniu. - Świeżo powstały martenzyt z etapów kriogenicznych jest twardy i kruchy, a najbardziej-podatny na pękanie jest w oknie pomiędzy obróbką na zimno a odpuszczaniem. Rura trzymana zbyt długo w takim oknie, nawet w temperaturze pokojowej, jest narażona na realne ryzyko powstania mikro-pęknięć, zanim hartowanie będzie w stanie złagodzić wywołujące je naprężenia.

Prawidłowo wykonany ten ostatni krok zapewnia praktyczną nagrodę całego procesu: rozstaniestabilne wymiary końcowe, brak naprężeń szczątkowych powodujących powolne odkształcenia podczas pracy i brak ryzyka ukrytych pęknięć w hartowanej konstrukcji, czekających na ujawnienie się po wysłaniu części.

Każdy krok w tej sekwencji ma na celu opanowanie stresu wywołanego poprzednim krokiem, dlatego też kolejność nie jest kwestią wygody:

• Pomiń wrzącą-wodę przed-moczeniem, a etapy temperatury poniżej zera/głębokie-krio rozpoczynają się od wyższego bazowego naprężenia wewnętrznego, co zwiększa ryzyko pęknięć podczas samych etapów zimnych.
• Przejdź od razu do -120 stopni C bez stopnia pośredniego -60 stopni C, a rura podlega znacznie większemu pojedynczemu szokowi termicznemu, co ponownie zwiększa ryzyko pęknięcia, a nie je zmniejsza.
• Pomiń lub skróć podgrzewanie-ciepłej wody, a około 40%-naprężenia związanego z zimnem pozostaje zablokowane w części poddawanej hartowaniu, przeciwdziałając temu, co stara się osiągnąć hartowanie.
• Opóźnienie odpuszczania po ponownym podgrzaniu, a część znajduje się w stanie najbardziej-podatnym na pęknięcia dłużej niż to konieczne, bez gwarancji, że opóźnienie zostanie wybaczone.

Dostawca, który kompresuje to w pojedyncze wygrzewanie na zimno i jedno odpuszczanie, bez stopniowego podejścia na obu końcach, może wyprodukować część, która przejdzie natychmiastową kontrolę wymiarową i nadal będzie obarczona ryzykiem naprężeń lub pęknięć, które ujawnią się dopiero później.

Partia precyzyjnych rur bez szwu do zastosowań w łożyskach została poddana-obróbce na zimno przez podwykonawcę w skróconym cyklu: pojedyncze bezpośrednie zanurzenie do -120 stopni C bez etapu pośredniego wynoszącego -60 stopni C, a następnie odpuszczanie następnego dnia, a nie bezpośrednio po ponownym podgrzaniu. Rury przeszły kontrolę wymiarową przy odbiorze. Po kilku tygodniach użytkowania w części partii wykazano włoskowate pękanie, mające związek z cyklem obróbki sprasowaniem – połączenie większego pojedynczego szoku termicznego podczas chłodzenia i wydłużonego opóźnienia przed odpuszczaniem pozostawiło w materiale ukryte naprężenia, których sama kontrola wymiarowa nie mogła wykryć. Partia została przerobiona w pełnej czteroetapowej sekwencji, a dokumentacja procesu dostawcy została zweryfikowana w celu zarejestrowania czasów przetrzymywania i odstępu między ponownym nagrzaniem a odpuszczaniem dla każdej przyszłej partii, a nie tylko ostatecznych wymiarów.

Obróbka na zimno to proces, a nie specyfikacja, a certyfikat walcowni, który podaje jedynie ostateczną twardość lub ostateczne wymiary, nie powie, czy faktycznie przestrzegano sekwencji. Przed zamówieniem rury bez szwu, dla której obróbka na zimno ma znaczenie dla Twojego zastosowania, warto zapytać o:

1. Potwierdzenie, że gatunek faktycznie wymaga obróbki zimnem.Nie każdy gatunek rur stalowych bez szwu odnosi korzyści z tego procesu - ma to znaczenie w przypadku stali stopowych, łożyskowych i narzędziowych o niskim punkcie Mf, a nie w przypadku zwykłych rur węglowych konstrukcyjnych lub przewodowych, które nigdy nie są-hartowane na wskroś.
2. Udokumentowane czasy przetrzymywania i temperatury na każdym etapie, a nie tylko wzmianka, że ​​przeprowadzono „obróbkę kriogeniczną”. Zapytaj konkretnie, czy w procesie zastosowano podejście stopniowane -60 stopni C / -120 stopni C, czy pojedyncze bezpośrednie namaczanie na zimno.
3. Różnica między ponownym podgrzewaniem-ciepłej wody a hartowaniem.Dostawca, który nie jest w stanie stwierdzić tej luki lub który poddaje obróbce w oparciu o opóźniony harmonogram partii, a nie natychmiast po ponownym podgrzaniu, ponosi większe ryzyko pęknięcia, niż wynika z certyfikatu.
4. Dane z badań austenitu zachowanego lub mikrostruktury, jeśli aplikacja jest na nie wrażliwa- oczekuje się, że poziom rezydualny będzie niski, jednocyfrowy i będzie ogólnie korzystny; znacznie wyższy poziom pozostałości sugeruje, że etapy obróbki zimnem zostały skrócone lub pominięte.
5. Czy etap wstępnego namaczania-wrzącej wody-jest częścią standardowej procedury dostawcy, ponieważ jest to jeden z najłatwiejszych kroków do cichego wycofania się bez pojawienia się go w końcowym raporcie z inspekcji.
6. Możliwość śledzenia partii, tak aby w przypadku późniejszego ujawnienia się problemu z wymiarami lub pękaniem można go powiązać z konkretnym cyklem obróbki, a nie traktować jako ogólną wadę materiałową.

Dostawca, który bez wahania może odpowiedzieć na wszystkie sześć pytań, opisuje kontrolowany proces. Osoba, która może jedynie wskazać ostateczną wartość twardości, opisuje wynik, a nie proces, - a w przypadku-poddanych obróbce na zimno rur bez szwu wynik pierwszego dnia nie mówi, jak dana część będzie działać po sześciu miesiącach użytkowania.

Skontaktuj się teraz