Quais são os padrões e métodos para testes de dureza de peças de tubos de aço de precisão

A dureza é um dos principais indicadores de desempenho mecânico de peças de tubos de aço de precisão , afetando diretamente sua resistência ao desgaste, resistência à compressão e vida útil. Os resultados dos seus testes fornecem uma base crucial para a otimização do processo de produção, aceitação da qualidade do produto e adaptação da aplicação. A seguir detalhamos os principais padrões e métodos práticos para testes de dureza, considerando as aplicações de alta precisão e vários cenários de peças de tubos de aço de precisão.

Primeiro, os principais padrões de teste para tubos de aço de precisão.

Os testes de dureza de peças de tubos de aço de precisão devem seguir padrões aceitos internacionalmente para garantir a precisão, comparabilidade e autoridade dos resultados dos testes. Diferentes métodos de teste correspondem a sistemas padrão específicos, como segue:

(I) Padrões Domésticos (GB/T)

GB/T 231.1-2022: 'Materiais Metálicos - Teste de Dureza Brinell - Parte 1: Métodos de Teste', aplicável a testes de dureza macroscópicos de tubos de aço de precisão de média e baixa dureza, especifica o penetrador de esfera de liga dura, especificações de aplicação de carga e métodos de medição de indentação. É o padrão básico para testes de dureza Brinell na China. GB/T 230.1-2022: Materiais metálicos - Teste de dureza Rockwell - Parte 1: Métodos de teste, equivalente aos padrões internacionais, especifica o tipo de penetrador, parâmetros de carga e regras de leitura para cada escala de dureza Rockwell (HRA, HRB, HRC), aplicável à classificação rápida de dureza de tubos de aço de precisão acabados.

GB/T 4340.1-2022: Materiais metálicos - Teste de dureza Vickers - Parte 1: Métodos de teste, para peças de tubos de aço de paredes finas, seções pequenas e de alta precisão, padroniza o uso de penetradores de pirâmide quadrada de diamante e o procedimento de medição diagonal de indentação, garantindo precisão em testes de dureza microscópicos.

GB/T 17394-1998: Materiais Metálicos - Métodos de Teste de Dureza Leib, orienta a aplicação de testadores de dureza Leeb portáteis em testes de campo e peças de tubos de aço de grande precisão, esclarecendo regras de conversão de valor de dureza e requisitos de calibração de instrumentos.

GB/T 3639-2023, 'Tubos de aço sem costura de precisão estirados ou laminados a frio', como padrão de produto, esclarece a faixa de aceitação de indicadores de dureza para tubos de aço de precisão e os requisitos correspondentes para a seleção de métodos de teste.

(II) Padrões Internacionais e da Indústria

Padrões da série ASTM: ASTM E10-23 (dureza Brinell), ASTM E18-24 (dureza Rockwell), ASTM E384-22 (dureza Vickers) e ASTM A956-22 (dureza Riekel) fornecem diretrizes de testes de dureza para peças de tubos de aço de precisão que circulam no mercado internacional, padronizando condições de teste e interpretação de resultados em diferentes cenários.

Padrões da série ISO: ISO 6506-1:2023 (Brinell), ISO 6508-1:2023 (Rockwell) e ISO 6507-1:2023 (Vickers) unificam globalmente as especificações técnicas para testes de dureza de tubos de aço de precisão, melhorando a comparabilidade dos dados de testes inter-regionais. Padrões especializados da indústria, como DIN 2391 (padrão alemão para tubos de aço sem costura de precisão trefilados a frio) e ASTM A519 (padrão para tubos de aço carbono e liga sem costura para máquinas), fornecem especificações adicionais para os requisitos de dureza e métodos de teste de tubos de aço de precisão para aplicações específicas.

Em segundo lugar, métodos de teste convencionais e pontos práticos para tubos de aço de precisão.

O teste de dureza de peças de tubos de aço de precisão requer a seleção de um método apropriado com base na faixa de dureza do material, espessura da parede, acabamento superficial, cenário de teste e requisitos do lote. Os métodos principais incluem Brinell, Rockwell, Vickers e Leeb, com características específicas como segue:

(I) Teste de Dureza Brinell (HB)

(a) Cenários aplicáveis: Adequado para tubos de aço de precisão de aço macio e aço de baixa liga com espessura ≥ 6 mm e dureza ≤ 450HB. Especialmente adequado para testar produtos semiacabados antes do tratamento térmico/após o recozimento, refletindo as características gerais de dureza do material. Não é adequado para peças acabadas, de paredes finas e de alta dureza (grandes reentrâncias podem facilmente afetar a aparência e o desempenho).

(b) Pontos Operacionais: Use um penetrador esférico de metal duro, aplique uma carga de 3.000 kg, segure por 10-30 segundos e depois remova a carga. Meça o diâmetro médio da indentação usando um microscópio e calcule o valor da dureza Brinell usando uma tabela de conversão. Por exemplo, 120HBS10/1000130 significa: usando uma esfera de aço de 10 mm de diâmetro sob uma carga de 1000 kgf por 30 segundos, o valor de dureza medido é de 120 MPa.

(c) Vantagens e Desvantagens: As vantagens incluem resultados estáveis, boa repetibilidade e a capacidade de refletir a uniformidade macroscópica da dureza do material; as desvantagens incluem grande tamanho de indentação (normalmente 2-6 mm), baixa eficiência de teste e geralmente baixos requisitos de acabamento superficial (Ra ≤ 1,6 μm é suficiente).

(II) Teste de Dureza Rockwell (HR)

(a) Cenários aplicáveis: Adequado para materiais de dureza média a alta, como tubos de aço de precisão acabados, aço temperado e aço-liga com espessura ≥ 1,5 mm. É o método de teste mais amplamente utilizado na produção em massa (representando mais de 70% do total de testes de dureza) e pode concluir rapidamente a classificação de dureza.

(b) Pontos Operacionais: Selecione a escala apropriada com base na dureza do material. As escalas e parâmetros comumente usados ​​​​são os seguintes: HRA (carga de 60 kg + ponta de cone de diamante, adequada para tubos de aço de metal duro), HRB (carga de 100 kg + esfera de aço endurecido de 1,5875 mm, adequada para aço de baixo carbono e tubos de aço recozido), HRC (carga de 150 kg + ponta de cone de diamante, adequada para tubos de aço temperado e endurecido). Durante o teste, aplique primeiro a carga inicial e depois a carga total. Após a remoção da carga principal, meça o incremento da profundidade da indentação residual e calcule o valor da dureza utilizando a fórmula (escala A/C: HR=100-e; escala B: HR=130-e, onde e é o incremento de profundidade em 0,002mm).

(c) Vantagens e Desvantagens: As vantagens incluem pequeno tamanho de indentação (diâmetro <1 mm), operação rápida e leitura direta, tornando-o adequado para inspeção de peças acabadas. As desvantagens incluem o pequeno tamanho da indentação, levando a uma representatividade mais fraca dos resultados, altos requisitos para acabamento superficial e a necessidade de remover previamente incrustações de óxido e impurezas.

(III) Teste de Dureza Vickers (HV)

(a) Cenários aplicáveis: Peças de tubos de aço de paredes finas, seções pequenas, superfície endurecida e de alta precisão, como tubos de aço de precisão para sistemas aeroespaciais e hidráulicos. Também pode ser usado para testes laboratoriais precisos e cenários de necessidades especiais.

(b) Pontos Operacionais: Um penetrador de pirâmide quadrada de diamante é usado. Uma carga ajustável de 1 a 120 kg é aplicada, mantida por um tempo especificado e depois descarregada. Os comprimentos das duas diagonais da indentação são medidos utilizando um sistema microscópico. O valor da dureza é calculado pela fórmula (HV=0,1891×F/d², onde F é a carga e d é o comprimento médio das diagonais). Durante o teste, a rugosidade da superfície deve ser aproximadamente espelhada para evitar afetar a observação da indentação.

(c) Vantagens e Desvantagens: As vantagens incluem uma ampla faixa de medição, alta precisão e tamanho de indentação extremamente pequeno, adequado para testar materiais macios e duros e áreas microscópicas. As desvantagens incluem operação complexa, velocidade lenta de teste e alto custo, tornando-o inadequado para testes em lote no local.

(IV) Teste de Dureza Leeb (HL)

(a) Cenários aplicáveis: Adequado para peças grandes e imóveis de tubos de aço de precisão, como componentes integrados de tubos de aço e inspeção de tubulações no local, permitindo uma triagem rápida e não destrutiva.

(b) Pontos Operacionais: Use um testador de dureza Leeb portátil, selecione a configuração 'Aço Forjado', impacte a superfície do tubo de aço com um impactor, meça a velocidade de rebote do impactor para calcular o valor de dureza Leeb e, em seguida, converta-o em valores HB/HR/HV de acordo com o padrão GB/T 17394. O instrumento deve ser calibrado com um bloco de dureza padrão antes do teste. A direção do impacto deve ser perpendicular à superfície de teste. Cada ponto de medição deve ser testado pelo menos 3 vezes e a dispersão dos dados não deve exceder ±15HL do valor médio.

(c) Vantagens e Desvantagens: As vantagens incluem portabilidade, velocidade, nenhum dano à peça e alta eficiência de teste; as desvantagens incluem precisão ligeiramente menor, maior suscetibilidade às condições da superfície, vibração e espessura da peça, e adequação apenas para triagem e testes sem arbitragem.

Terceiro, Procedimentos Operacionais Gerais e Precauções para Tubos de Aço de Precisão

(I) Procedimentos Operacionais Padrão para Tubos de Aço de Precisão

(a) Pré-tratamento da amostra: Remova incrustações de óxido, óleo e ferrugem da superfície do tubo de aço. Moer até que a superfície fique lisa e limpa, com rugosidade Ra≤1,6μm. Para tubos de aço curvos, esmerilhe para criar uma superfície plana de 5 mm × 50 mm ou 20 mm × 50 mm para evitar afetar a precisão da indentação. Não danifique a espessura da parede do tubo durante a retificação.

(b) Seleção do método: Determine o método com base na espessura, faixa de dureza, precisão da superfície e cenário de teste do tubo de aço de precisão. Por exemplo, o testador de dureza Vickers é selecionado para peças de precisão de paredes finas, o testador de dureza Rockwell é selecionado para produtos acabados em lote e o testador de dureza Leeb é selecionado para peças grandes no campo.

(c) Calibração do instrumento: Antes do teste, calibre o testador de dureza com o bloco de dureza padrão correspondente, verifique o desgaste do penetrador, a precisão da carga e a precisão do sistema de medição para garantir que o instrumento esteja em uma condição qualificada.

(d) Procedimento de teste: Defina a carga, o penetrador e o tempo de retenção de acordo com o método selecionado. Meça em locais importantes, como ambas as extremidades e o meio do tubo de aço, testando pelo menos 3 a 5 pontos em cada local. A distância entre quaisquer dois recuos deve ser ≥3mm, e o centro do recuo deve ser ≥5mm da borda da peça.

(e) Processamento de dados: Remova os valores discrepantes e tome a média dos dados restantes como o valor de dureza final. Registre detalhadamente o método de teste, os parâmetros do instrumento, os locais de teste e os resultados para gerar um relatório de teste.

(II) Principais precauções para tubos de aço de precisão

(a) Controle das condições da superfície: Evite defeitos superficiais, como rachaduras, inclusões e arranhões. A retificação secundária pode ser necessária. A superfície de teste deve estar limpa e seca para evitar que óleo e poeira afetem o contato do penetrador e a precisão da medição.

(b) Correspondência de carga e espessura de parede: Testes de alta carga são proibidos para tubos de aço com espessura de parede ≤5 mm para evitar resultados distorcidos devido à deformação elástica da parede do tubo. Tubos de aço de pequeno diâmetro com diâmetro externo <45 mm não são adequados para testadores de dureza Brinell portáteis e requerem amostragem e testes de laboratório.

(c) Ambiente e Procedimentos Operacionais: A temperatura dos testes de laboratório deve ser mantida em 20±5°C, evitando vibração e interferência de poeira. Durante o teste no local, certifique-se de que o instrumento esteja apoiado de forma estável, que a direção do impacto seja perpendicular à superfície de teste e que não haja vibração relativa entre o operador e o instrumento.

(d) Manutenção e calibração do instrumento: Inspecione regularmente o penetrador, calibre o sistema de carga e o dispositivo de medição periodicamente e guarde os registros de calibração para referência futura.

(e) Julgamento de Resultados e Arbitragem: Quando houver uma disputa sobre os resultados do teste, o teste de dureza Vickers deve ser usado como método de arbitragem preferencial. Para testes em lote, a proporção de amostragem padrão deve ser seguida para garantir a representatividade da amostra.

Em resumo, o teste de dureza de peças de tubos de aço de precisão deve aderir estritamente aos padrões correspondentes, selecionar cientificamente métodos de teste com base nas características das peças, padronizar procedimentos operacionais e controlar detalhes importantes para garantir resultados de teste precisos e confiáveis, fornecendo uma garantia para o controle de qualidade do produto e segurança da aplicação.