ما هي معايير وطرق اختبار صلابة أجزاء الأنابيب الفولاذية الدقيقة

الصلابة هي أحد مؤشرات الأداء الميكانيكية الأساسية لأجزاء الأنابيب الفولاذية الدقيقة ، مما يؤثر بشكل مباشر على مقاومة التآكل، وقوة الضغط، وعمر الخدمة. توفر نتائج الاختبار أساسًا حاسمًا لتحسين عملية الإنتاج، وقبول جودة المنتج، وتكييف التطبيق. فيما يلي تفاصيل المعايير الأساسية والأساليب العملية لاختبار الصلابة، مع الأخذ في الاعتبار الدقة العالية والتطبيقات متعددة السيناريوهات لأجزاء الأنابيب الفولاذية الدقيقة.

أولاً، معايير الاختبار الأساسية للأنابيب الفولاذية الدقيقة.

يجب أن يتبع اختبار الصلابة لأجزاء الأنابيب الفولاذية الدقيقة المعايير المقبولة دوليًا لضمان دقة نتائج الاختبار وقابليتها للمقارنة وصلاحيتها. تتوافق طرق الاختبار المختلفة مع أنظمة قياسية محددة، كما يلي:

(ط) المعايير المحلية (GB/T)

GB/T 231.1-2022: 'المواد المعدنية - اختبار صلابة برينل - الجزء 1: طرق الاختبار'، الذي ينطبق على اختبار الصلابة العيانية للأنابيب الفولاذية ذات الصلابة المتوسطة والمنخفضة الدقة، ويحدد المسافة البادئة الكروية المصنوعة من السبائك الصلبة، ومواصفات تطبيق الحمل، وطرق قياس المسافة البادئة. إنه المعيار الأساسي لاختبار صلابة برينل في الصين. GB/T 230.1-2022: المواد المعدنية - اختبار صلابة روكويل - الجزء 1: طرق الاختبار، المكافئة للمعايير الدولية، تحدد نوع المسافة البادئة، ومعلمات التحميل، وقواعد القراءة لكل مقياس صلابة روكويل (HRA، HRB، HRC)، الذي ينطبق على تصنيف الصلابة السريع للأنابيب الفولاذية الدقيقة النهائية.

GB/T 4340.1-2022: المواد المعدنية - اختبار صلابة فيكرز - الجزء 1: طرق الاختبار، لأجزاء الأنابيب الفولاذية ذات الجدران الرقيقة والصغيرة وعالية الدقة، توحد استخدام المسافات البادئة الهرمية المربعة الماسية وإجراء قياس المسافة البادئة القطرية، مما يضمن الدقة في اختبار الصلابة المجهري.

GB/T 17394-1998: المواد المعدنية - طرق اختبار صلابة ليب، يرشد تطبيق أجهزة اختبار صلابة ليب المحمولة في مجال اختبار أجزاء الأنابيب الفولاذية ذات الدقة الكبيرة، ويوضح قواعد تحويل قيمة الصلابة ومتطلبات معايرة الأجهزة.

يوضح معيار GB/T 3639-2023، 'الأنابيب الفولاذية غير الملحومة الدقيقة المسحوبة على البارد أو المدلفنة على البارد' كمعيار منتج، نطاق قبول مؤشرات الصلابة للأنابيب الفولاذية الدقيقة والمتطلبات المقابلة لاختيار طرق الاختبار.

(ثانيا) المعايير الدولية والصناعية

معايير سلسلة ASTM: ASTM E10-23 (صلابة برينل)، وASTM E18-24 (صلابة روكويل)، وASTM E384-22 (صلابة فيكرز)، وASTM A956-22 (صلابة ريكيل) توفر إرشادات اختبار الصلابة لأجزاء الأنابيب الفولاذية الدقيقة المتداولة في السوق الدولية، وتوحيد ظروف الاختبار وتفسير النتائج في سيناريوهات مختلفة.

معايير سلسلة ISO: ISO 6506-1:2023 (Brinell)، وISO 6508-1:2023 (Rockwell)، وISO 6507-1:2023 (Vickers) توحد المواصفات الفنية لاختبار صلابة الأنابيب الفولاذية الدقيقة عالميًا، مما يحسن إمكانية مقارنة بيانات الاختبار الإقليمية. معايير الصناعة المتخصصة، مثل DIN 2391 (المعيار الألماني للأنابيب الفولاذية غير الملحومة الدقيقة المسحوبة على البارد) وASTM A519 (المعياري للأنابيب الفولاذية غير الملحومة المصنوعة من الكربون والسبائك للآلات)، توفر مواصفات إضافية لمتطلبات الصلابة وطرق اختبار الأنابيب الفولاذية الدقيقة لتطبيقات محددة.

ثانيًا، طرق الاختبار السائدة والنقاط العملية للأنابيب الفولاذية الدقيقة.

يتطلب اختبار الصلابة لأجزاء الأنابيب الفولاذية الدقيقة تحديد طريقة مناسبة استنادًا إلى نطاق صلابة المادة وسمك الجدار وتشطيب السطح وسيناريو الاختبار ومتطلبات الدفعة. وتشمل الأساليب الأساسية برينل، روكويل، فيكرز، وليب، مع خصائص محددة على النحو التالي:

(ط) اختبار صلابة برينل (HB)

(أ) السيناريوهات المطبقة: مناسبة للأنابيب الفولاذية الدقيقة المصنوعة من الفولاذ الطري والفولاذ منخفض السبائك بسماكة ≥ 6 مم وصلابة ≥ 450HB. مناسبة بشكل خاص لاختبار المنتجات شبه المصنعة قبل المعالجة الحرارية/بعد التلدين، مما يعكس خصائص الصلابة الشاملة للمادة. غير مناسب للأجزاء ذات الجدران الرقيقة وعالية الصلابة والأجزاء النهائية (يمكن أن تؤثر المسافات البادئة الكبيرة بسهولة على المظهر والأداء).

(ب) نقاط التشغيل: استخدم مسافة بادئة كروية من الكربيد الأسمنتي، ثم قم بتطبيق حمولة تبلغ 3000 كجم، واحتفظ بها لمدة 10-30 ثانية، ثم قم بإزالة الحمولة. قياس متوسط ​​قطر المسافة البادئة باستخدام المجهر وحساب قيمة صلابة برينل باستخدام جدول التحويل. على سبيل المثال، 120HBS10/1000130 تعني: باستخدام كرة فولاذية بقطر 10 مم تحت حمل 1000 كجم لمدة 30 ثانية، يتم قياس قيمة الصلابة بـ 120 ميجاباسكال.

(ج) المزايا والعيوب: تشمل المزايا نتائج مستقرة، وقابلية تكرار جيدة، والقدرة على عكس التجانس العياني لصلابة المواد؛ تشمل العيوب حجم المسافة البادئة الكبيرة (عادةً 2-6 مم)، وانخفاض كفاءة الاختبار، ومتطلبات منخفضة بشكل عام لإنهاء السطح (Ra ≥ 1.6 ميكرومتر كافية).

(II) اختبار صلابة روكويل (HR)

(أ) السيناريوهات المطبقة: مناسبة للمواد ذات الصلابة المتوسطة إلى العالية مثل الأنابيب الفولاذية الدقيقة النهائية، والفولاذ المروي، وسبائك الفولاذ بسمك ≥ 1.5 مم. إنها طريقة الاختبار الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الإنتاج الضخم (تمثل أكثر من 70% من إجمالي اختبارات الصلابة)، ويمكنها إكمال تصنيف الصلابة بسرعة.

(ب) النقاط التشغيلية: حدد المقياس المناسب بناءً على صلابة المادة. الموازين والمعلمات شائعة الاستخدام هي كما يلي: HRA (حمولة 60 كجم + طرف مخروطي ماسي، مناسب لأنابيب فولاذ الكربيد الأسمنتية)، HRB (حمولة 100 كجم + كرة فولاذية مقوية 1.5875 مم، مناسبة للفولاذ منخفض الكربون وأنابيب الصلب الملدنة)، HRC (حمولة 150 كجم + طرف مخروطي ماسي، مناسب لأنابيب الصلب المسقية والمتصلبة). أثناء الاختبار، قم بتطبيق الحمل الأولي أولاً، ثم الحمل الإجمالي. بعد إزالة الحمل الرئيسي، قم بقياس زيادة عمق المسافة البادئة المتبقية واحسب قيمة الصلابة باستخدام الصيغة (مقياس A/C: HR=100-e؛ مقياس B: HR=130-e، حيث e هي زيادة العمق بـ 0.002 مم).

(ج) المزايا والعيوب: تشمل المزايا صغر حجم المسافة البادئة (القطر < 1 مم)، والتشغيل السريع، والقراءة المباشرة، مما يجعلها مناسبة لفحص الأجزاء النهائية. وتشمل العيوب حجم المسافة البادئة الصغيرة مما يؤدي إلى ضعف تمثيل النتائج، ومتطلبات عالية لإنهاء السطح، والحاجة إلى إزالة مقياس الأكسيد والشوائب مسبقًا.

(ثالثًا) اختبار صلابة فيكرز (HV)

(أ) السيناريوهات القابلة للتطبيق: أجزاء الأنابيب الفولاذية ذات الجدران الرقيقة، والقسم الصغير، والمتصلبة السطح، وعالية الدقة، مثل الأنابيب الفولاذية الدقيقة للأنظمة الفضائية والأنظمة الهيدروليكية. ويمكن استخدامه أيضًا للاختبارات المعملية الدقيقة وسيناريوهات الاحتياجات الخاصة.

(ب) النقاط التشغيلية: يتم استخدام إندينتر الهرم المربع الماسي. يتم تطبيق حمولة قابلة للتعديل من 1 إلى 120 كجم، والحفاظ عليها لفترة محددة، ثم تفريغها. يتم قياس أطوال قطري المسافة البادئة باستخدام نظام مجهري. يتم حساب قيمة الصلابة باستخدام الصيغة (HV=0.1891×F/d²، حيث F هو الحمل وd هو متوسط ​​طول الأقطار). أثناء الاختبار، يجب أن تكون خشونة السطح تقريبًا مثل المرآة لتجنب التأثير على مراقبة المسافة البادئة.

(ج) المزايا والعيوب: تشمل المزايا نطاق قياس واسع، ودقة عالية، وحجم مسافة بادئة صغيرة للغاية، ومناسبة لاختبار كل من المواد اللينة والصلبة والمناطق المجهرية. وتشمل العيوب التشغيل المعقد، وسرعة الاختبار البطيئة، والتكلفة العالية، مما يجعلها غير مناسبة للاختبار الجماعي في الموقع.

(رابعا) اختبار صلابة ليب (HL)

(أ) السيناريوهات القابلة للتطبيق: مناسبة لأجزاء الأنابيب الفولاذية الدقيقة الكبيرة وغير المنقولة، مثل مكونات الأنابيب الفولاذية المتكاملة وفحص خطوط الأنابيب في الموقع، مما يتيح الفحص السريع وغير المدمر.

(ب) نقاط التشغيل: استخدم جهاز اختبار صلابة Leeb المحمول، وحدد إعداد 'الفولاذ المطروق'، ثم اصطدم بسطح الأنابيب الفولاذية باستخدام جهاز تصادم، وقم بقياس سرعة ارتداد جهاز التصادم لحساب قيمة صلابة Leeb، ثم قم بتحويلها إلى قيم HB/HR/HV وفقًا لمعيار GB/T 17394. يجب معايرة الجهاز باستخدام كتلة صلابة قياسية قبل الاختبار. يجب أن يكون اتجاه التأثير عموديًا على سطح الاختبار. يجب اختبار كل نقطة قياس 3 مرات على الأقل، ويجب ألا يتجاوز تشتت البيانات ±15HL من القيمة المتوسطة.

(ج) المزايا والعيوب: تشمل المزايا قابلية النقل، والسرعة، وعدم تلف قطعة العمل، وكفاءة الاختبار العالية؛ تشمل العيوب دقة أقل قليلاً، وقابلية أكبر لحالة السطح، والاهتزاز، وسمك قطعة العمل، وملاءمتها فقط للفحص واختبار عدم التحكيم.

ثالثًا، إجراءات التشغيل العامة والاحتياطات الخاصة بالأنابيب الفولاذية الدقيقة

(ط) إجراءات التشغيل القياسية لأنابيب الصلب الدقيقة

(أ) المعالجة المسبقة للعينة: إزالة مقياس الأكسيد والزيت والصدأ من سطح الأنابيب الفولاذية. اطحن حتى يصبح السطح ناعمًا ونظيفًا، بخشونة Ra≥1.6μm. بالنسبة للأنابيب الفولاذية المنحنية، يتم الطحن لإنشاء سطح مستوٍ 5 مم × 50 مم أو 20 مم × 50 مم لتجنب التأثير على دقة المسافة البادئة. لا تتلف سمك جدار الأنبوب أثناء الطحن.

(ب) اختيار الطريقة: تحديد الطريقة بناءً على السُمك، ونطاق الصلابة، ودقة السطح، وسيناريو الاختبار للأنابيب الفولاذية الدقيقة. على سبيل المثال، يتم اختيار جهاز اختبار الصلابة Vickers للأجزاء الدقيقة ذات الجدران الرقيقة، ويتم اختيار جهاز اختبار الصلابة Rockwell للمنتجات النهائية المجمعة، ويتم اختيار جهاز اختبار الصلابة Leeb للأجزاء الكبيرة في الحقل.

(ج) معايرة الأداة: قبل الاختبار، قم بمعايرة جهاز اختبار الصلابة مع كتلة الصلابة القياسية المقابلة، وتحقق من تآكل أداة المسافة البادئة، ودقة الحمل، ودقة نظام القياس لضمان أن الجهاز في حالة مؤهلة.

(د) إجراء الاختبار: قم بتعيين التحميل والإزاحة ووقت التثبيت وفقًا للطريقة المحددة. قم بالقياس في المواقع الرئيسية مثل طرفي الأنبوب الفولاذي ووسطه، واختبر ما لا يقل عن 3-5 نقاط في كل موقع. يجب أن تكون المسافة بين أي مسافة بادئة ≥3 مم، ويجب أن يكون مركز المسافة البادئة ≥5 مم من حافة الجزء.

(هـ) معالجة البيانات: قم بإزالة القيم المتطرفة وأخذ متوسط ​​البيانات المتبقية كقيمة الصلابة النهائية. قم بتسجيل طريقة الاختبار ومعلمات الأداة ومواقع الاختبار والنتائج بالتفصيل لإنشاء تقرير اختبار.

(II) الاحتياطات الرئيسية لأنابيب الصلب الدقيقة

(أ) التحكم في حالة السطح: تجنب عيوب السطح مثل الشقوق والشوائب والخدوش. قد يكون الطحن الثانوي ضروريًا. يجب أن يكون سطح الاختبار نظيفًا وجافًا لتجنب تأثير الزيت والغبار على الاتصال الداخلي ودقة القياس.

(ب) مطابقة الحمل وسماكة الجدار: يُحظر اختبار الحمل العالي للأنابيب الفولاذية بسماكة جدار أقل من 5 مم لمنع النتائج المشوهة بسبب التشوه المرن لجدار الأنبوب. الأنابيب الفولاذية ذات القطر الصغير ذات القطر الخارجي <45 مم غير مناسبة لأجهزة اختبار صلابة برينل المحمولة وتتطلب أخذ العينات والاختبارات المعملية.

(ج) البيئة وإجراءات التشغيل: يجب الحفاظ على درجة حرارة الاختبار المعملي عند 20±5 درجة مئوية، مع تجنب تداخل الاهتزازات والغبار. أثناء الاختبار في الموقع، تأكد من دعم الجهاز بشكل ثابت، وأن اتجاه التأثير عمودي على سطح الاختبار، وليس هناك اهتزاز نسبي بين المشغل والجهاز.

(د) صيانة الأجهزة ومعايرتها: قم بفحص أداة المسافة البادئة بانتظام، وقم بمعايرة نظام التحميل وجهاز القياس بشكل دوري، واحتفظ بسجلات المعايرة للرجوع إليها مستقبلاً.

(هـ) الحكم على النتائج والتحكيم: عندما يكون هناك نزاع حول نتائج الاختبار، يجب استخدام اختبار صلابة فيكرز باعتباره طريقة التحكيم المفضلة. بالنسبة للاختبار الدفعي، يجب اتباع نسبة أخذ العينات القياسية لضمان تمثيل العينة.

باختصار، يجب أن يلتزم اختبار الصلابة لأجزاء الأنابيب الفولاذية الدقيقة بشكل صارم بالمعايير المقابلة، واختيار طرق الاختبار بشكل علمي بناءً على خصائص الأجزاء، وتوحيد إجراءات التشغيل، والتحكم في التفاصيل الرئيسية لضمان نتائج اختبار دقيقة وموثوقة، مما يوفر ضمانًا لمراقبة جودة المنتج وسلامة التطبيق.