ASTM A519 50B40 naadloze stalen buis: samenstelling van boorstaal, hardbaarheid en warmtebehandeling

Toepassingsgebied van ASTM A519/A519M naadloze mechanische buizen

ASTM A519/A519M omvat naadloze mechanische buizen van koolstof en gelegeerd staal, geleverd in warm afgewerkte of koud afgewerkte toestand, voor mechanische en druktoepassingen waarbij een gedefinieerde chemie, een gecontroleerde hardbaarheid en gespecificeerde mechanische eigenschappen vereist zijn. De buis wordt geproduceerd door een massieve ronde knuppel warm te doorboren en deze vervolgens te verkleinen, hetzij door heet walsen tot de bestelde maat, hetzij door koud trekken over een doorn of plug. Omdat het product naadloos is, heeft het geen longitudinale las, en verdient het daarom de voorkeur overal waar uniforme hoepeleigenschappen, drukdichtheid, concentriciteit en consistente bewerkbaarheid van belang zijn.

De specificatie is de buistegenhanger van de staafspecificaties: een kwaliteit als SAE 50B40 beschrijft het staal, terwijl ASTM A519/A519M het buisvormige product beschrijft, evenals de leveringsvoorwaarden, toleranties en testen. Kopers bestellen daarom op soort, buitendiameter, wanddikte, leveringsconditie, lengte en de uit te voeren tests, en de fabriek geeft een testcertificaat af met betrekking tot chemische en mechanische resultaten.

SAE 50B40: Chemie en de rol van boor

SAE 50B40 is een medium koolstofstaal, met boor behandeld chroomstaal uit de 50xx-familie. Het koolstofgehalte geeft het sterkte na uitharding, de kleine toevoeging van chroom draagt ​​bescheiden bij aan de hardbaarheid en slijtvastheid, en boor zorgt voor de beslissende toename van de uithardingsreactie. Typische limieten voor de analyse van gietlepels die op de soort worden toegepast, worden hieronder weergegeven.

Borium produceert zijn effect op zeer lage niveaus, en dit is het technische punt van dit type. Een paar duizendsten van een procent boor onderdrukt de kiemvorming van ferriet aan de austenietkorrelgrenzen tijdens het afkoelen, dus de transformatie naar martensiet gaat door tot op een grotere diepte dan bij hetzelfde staal zonder boor. Het praktische gevolg is dat het legeringsgehalte, en dus de legeringskosten, kunnen worden verlaagd terwijl de vereiste hardingsdiepte behouden blijft. Borium moet in oplossing blijven om te kunnen werken, dus bindt de staalproducent stikstof vast met een kleine toevoeging van titanium of aluminium; wanneer het boor in de verkeerde vorm aanwezig is, wordt het ineffectief en daalt de hardbaarheid naar die van het basiskoolstofstaal. De austenitistemperatuur en de verblijftijd beïnvloeden ook de korrelgroei en de effectiviteit van het boor. Daarom is de controle van de warmtebehandeling net zo belangrijk als de chemie.

De hardbaarheid wordt commercieel gecontroleerd door te bestellen op een hardbaarheidsband in plaats van op een enkele samenstelling. De einddovingstestmethode wordt gebruikt om de respons aan te tonen, en de band beperkt de hardheid die kan worden gemeten op elke afstand van het uitgedoofde uiteinde. Dit is de eigenschap die het meest relevant is voor een onderdeel als een cilinderbuis of een as, omdat deze bepaalt of de benodigde hardheid ter plaatse van de middenwand of in het midden van het profiel kan worden bereikt.

Mechanische eigenschappen en warmtebehandeling

ASTM A519/A519M stelt dat de mechanische eigenschappen van de slang dezelfde zijn als die van de kwaliteit in de bestelde leveringstoestand. In de praktijk specificeert de koper een treksterktebereik, een minimum vloeigrens, een hardheidsbereik of een combinatie, en de walserij verifieert het resultaat op trekproefstukken die uit de buis worden genomen. Hardheidstesten worden vaak gespecificeerd als een routinematige acceptatiecontrole, en afvlakkings- of hydrostatische tests, of beide, kunnen vereist zijn wanneer de buis onder druk wordt gebruikt. Wanneer de buis wordt gebruikt in een afgeschrikte en getemperde toestand, worden de sterkte en taaiheid bepaald door de tempertemperatuur, en wordt de vereiste combinatie bij bestelling overeengekomen in plaats van alleen op basis van de kwaliteit te veronderstellen.

Een typische warmtebehandeling voor het voltooide onderdeel volgt de onderstaande volgorde.

Austenitiseren.Gelijkmatig verwarmen in het austenitische bereik, gewoonlijk aangegeven in het gebied van 845 tot 870 graden voor deze klasse boorstaal met middelmatig koolstofgehalte. De tijd op temperatuur moet zo worden geregeld dat de korrelstructuur niet grover wordt, omdat grove korrels de taaiheid verminderen en de voordelen van het boor kunnen verdunnen.

Afschrikken.Olie- of polymeerkoeling, zo gekozen dat de afkoelsnelheid de kritische snelheid over de wanddikte overschrijdt, terwijl het risico op vervorming en barsten wordt beperkt. Dunne wandsecties en lange buizen hebben ondersteuning of verticale afschrikking nodig om recht te blijven.

Temperen.Onmiddellijk na het blussen, bij een temperatuur die gekozen is om de gespecificeerde hardheid te verkrijgen. Een tempering in het gebied van 500 tot 550 graden wordt gewoonlijk gebruikt voor boorstaalsoorten met middelmatig koolstofgehalte wanneer een evenwicht tussen sterkte en taaiheid vereist is; hogere temperaturen verminderen de sterkte en verhogen de taaiheid, lagere temperaturen doen het tegenovergestelde.

Rechttrekken en stressverlichting.Afschrikken brengt vervorming en restspanning met zich mee, dus rechttrekken en, waar maatvastheid van cruciaal belang is, worden normaal gesproken een spanningsontlastende behandeling gegeven vóór de uiteindelijke bewerking.

Oppervlakteverharding.Voor onderdelen die een hard, slijtvast oppervlak over een taaie kern nodig hebben, wordt inductieharden of carboneren toegepast op de machinaal bewerkte buis, en de hardbaarheid van de kwaliteit bepaalt de diepte van het geharde omhulsel dat wordt bereikt.

Typische toepassingen

Hydraulische en pneumatische cilinderlopen en zuigerstangen, waarbij de boring machinaal moet worden bewerkt, geslepen en vaak inductiegehard.

Holle aandrijfassen, schroefassen en aftakassen, waarbij een naadloze buis gewicht bespaart ten opzichte van een massieve staaf.

Asbuizen, stuur- en ophangingscomponenten en koppelingshulzen in bedrijfsvoertuigen en landbouwmachines.

Lagerzittingen, lagerringen en bussen die na een warmtebehandeling een harde, vormvaste zitting nodig hebben.

Machinespindels, geleidingen en bussen in werktuigmachines en algemene machinebouw.

Schokdemperlichamen, torsiebuizen en roterende onderdelen in bouw-, mijnbouw- en materiaalbehandelingsapparatuur.

Algemene geharde en getemperde mechanische onderdelen waarbij een machinaal bewerkte, warmtebehandelbare buis een massief smeedstuk of staaf vervangt.

Bewerkings-, las- en inspectiepunten

Bewerking.Koudgetrokken en gegloeide buizenmachines tot een goede afwerking met conventioneel gereedschap. Omdat het gemiddelde koolstofgehalte en de toevoeging van boor ervoor zorgen dat de hardheid bij afkoeling scherp stijgt, moeten onderbroken sneden en een slechte toevoer van koelmiddel worden vermeden en moet het onderdeel in zachte toestand worden bewerkt voordat het uithardt, waar de procesvolgorde dit toelaat. Vervorming na uitharding wordt geminimaliseerd door voorbewerken, warmtebehandeling en vervolgens afwerken.

Lassen.Het koolstofequivalent van 0,40% koolstofstaal met maximaal 1,00% mangaan is zo hoog dat lassen zorgvuldigheid vereist. Voorverwarming en interpass-temperatuurregeling zijn normaal gesproken gespecificeerd, er worden verbruiksartikelen met een laag waterstofgehalte gebruikt en dikke of sterk ingesloten verbindingen krijgen een warmtebehandeling na het lassen om de door hitte beïnvloede zone te verzachten en het risico op waterstofondersteunde scheuren te verminderen. Wanneer een verbinding in geharde toestand moet worden gelast, moet de procedure worden gekwalificeerd voor het werkelijke hardheidsniveau.

Verificatie van de chemie.Het boorgehalte moet worden bevestigd door chemische analyse, en een controle van de toevoeging van aluminium of titanium is een nuttig bewijs dat het boor goed wordt beschermd. Koolstof en mangaan worden getoetst aan de grenzen van het soort.

Hardbaarheid.Wanneer de bestelling een hardbaarheidsband specificeert, wordt de eindafschrikcurve vergeleken met de bandlimieten voor de kwaliteit. Voor een buis wordt het wandgedeelte normaal gesproken ook gecontroleerd door de hardheid te overlopen of door een representatief stuk in secties te snijden na de productiewarmtebehandeling, wat het meest directe bewijs is dat de vereiste verhardingsdiepte is bereikt.

Dimensionale en interne kwaliteit.Buitendiameter, wanddikte, wandexcentriciteit, lengte en rechtheid worden gecontroleerd aan de hand van de toleranties van de specificatie. Voor druk- en kritische roterende toepassingen worden ultrasoon testen, doorgaans verwezen naar een referentienorm voor platte bodemgaten, of wervelstroomtesten gespecificeerd om de interne stevigheid te bevestigen, en wordt het oppervlak onderzocht op naden, overlappingen, aanslag en ontkoling.

Veelgestelde vragen

Vraag: Waar wordt ASTM A519 50B40 stalen buis voor gebruikt?
Het wordt gebruikt voor naadloze mechanische buizen die machinaal moeten worden bewerkt en vervolgens moeten worden gehard, of die al afgeschrikt en getemperd moeten worden geleverd. Typische onderdelen zijn onder meer hydraulische en pneumatische cilinderlopen, holle aandrijf- en schroefassen, asbuizen, lagerzittingen en -bussen, machinespindels en schokdemperlichamen in bedrijfsvoertuigen, landbouwmachines, bouwmachines en algemene machinebouw.

Vraag: Waarom wordt boor toegevoegd aan 50B40-staal?
Borium wordt in zeer kleine hoeveelheden toegevoegd, doorgaans tussen 0,0005% en 0,003%, om de hardbaarheid te vergroten. Het vertraagt ​​de vorming van ferriet aan de austenietkorrelgrenzen tijdens het afkoelen, waardoor het staal tot een grotere diepte uithardt dan dezelfde basissamenstelling zonder boor. Hierdoor kunnen het legeringsgehalte en de legeringskosten worden verlaagd, terwijl de vereiste hardingsdiepte behouden blijft, wat de belangrijkste reden is dat deze soort concurrerend is met zwaarder gelegeerde staalsoorten.

Vraag: Wat is het verschil tussen 50B40 en SAE 4140?
SAE 4140 is een chroom-molybdeenstaal dat afhankelijk is van molybdeen vanwege zijn hardbaarheid, terwijl 50B40 een chroomstaal met middelmatig koolstofgehalte is dat voornamelijk afhankelijk is van boor. De boorkwaliteit biedt een vergelijkbare verhardingsreactie met een slankere en doorgaans economischere samenstelling, maar is gevoeliger voor de controle van de warmtebehandeling, met name voor de bescherming van het boor door titanium of aluminium en voor de austenitistijd en -temperatuur. SAE 4140 blijft de keuze waar een hoger legeringsgehalte, een betere sterkte bij hoge temperaturen of een grotere tolerantie voor procesvariaties nodig zijn.

Vraag: Kunnen ASTM A519 50B40-buizen worden gelast?
Ja, maar het vereist een gecontroleerde procedure. De koolstof- en mangaangehalten geven het staal een relatief hoog koolstofequivalent, dus voorverwarmen en interpass-temperatuurregeling zijn normaal gesproken gespecificeerd, er worden verbruiksartikelen met een laag waterstofgehalte gebruikt en een warmtebehandeling na het lassen wordt toegepast op dikke of ingesloten verbindingen om de hardheid in de door hitte beïnvloede zone te verminderen en waterstofondersteund scheuren te voorkomen. Lassen moet worden gekwalificeerd op basis van de werkelijke kwaliteit en hardheid.

Vraag: Welke leveringsvoorwaarden zijn er beschikbaar voor A519 50B40-buis?
Naadloze buizen in deze kwaliteit worden normaal gesproken warm afgewerkt, koudgetrokken, gegloeid, genormaliseerd of afgeschrikt en getemperd geleverd. De toestand wordt gekozen op basis van de productieroute van het onderdeel: koudgetrokken en gegloeid materiaal voor zware bewerking, genormaliseerd materiaal waarbij een uniforme structuur gewenst is, en gehard en getemperd materiaal waarbij het onderdeel in geharde toestand wordt gebruikt zonder verdere warmtebehandeling.

Vraag: Welke tests zijn normaal gesproken vereist voor 50B40-buizen?
Chemische verificatie, inclusief het boorgehalte, is van fundamenteel belang. Trektesten van de buis zijn vereist om de mechanische eigenschappen van de leveringstoestand te bevestigen, hardheidstesten worden gewoonlijk gespecificeerd voor acceptatie, en de hardbaarheid wordt aangetoond door eindafschriktesten waarbij een band is besteld. Ultrasone of wervelstroomtests, afvlakkingstests en hydrostatische tests zijn gespecificeerd voor druk- en kritische toepassingen, samen met dimensionele en oppervlakte-inspecties voor wandexcentriciteit, rechtheid, naden en ontkoling.

Vraag: Welke invloed heeft de wanddikte op de verharding van 50B40?
Hardbaarheid beschrijft hoe ver het staal in een sectie kan uitharden, zodat een dunne wand veel gemakkelijker doorhardt dan een dikke. Wanneer een zware wand nodig is om uit te harden tot aan de middenwand of de boring, moeten de hardbaarheidsband en de afschrikpraktijk samen worden geselecteerd, en een hardheidsverloop op een in secties verdeeld monster is de praktische manier om te bevestigen dat de vereiste hardingsdiepte is bereikt voordat het onderdeel wordt vrijgegeven voor productie.