Wyjaśnienie norm dotyczących prętów tytanowych o małej średnicy

Pręt tytanowy o małej średnicy: normy, kontrola rozmiaru i dopasowanie zastosowania

Mały pręt tytanowy o małej średnicy jest kupowany według średnicy, tolerancji i stanu, a norma zapisana w zamówieniu decyduje o tym, które z tych wartości producent faktycznie certyfikuje. Normy ASTM B338 i B337, których tytuły znajdują się na tej stronie, opisują formy produktu w postaci rur, podczas gdy lite pręty i druty są dostarczane zgodnie z ASTM B348, a pręty stopowe zgodnie z ASTM B265. Rozróżnienie tych trzech przed wyceną pozwala uniknąć najczęstszych sporów dotyczących dokumentacji przy dostawie małych prętów i ustala plan inspekcji, który następuje później.

Co faktycznie obejmuje każda norma

ASTM B338 jest napisana z myślą o rurach bez szwu: określa skład i właściwości wytrzymałościowe, ale także testy spłaszczania, rozszerzania i próbę ciśnieniową, z których żadne nie mogą być zastosowane do litego okrągłego przekroju. ASTM B337 pełni tę samą funkcję dla rur spawanych i dodaje wymagania dotyczące jakości spawania. Pręt nie może przejść testu spłaszczania, więc certyfikat wydany zgodnie z którąkolwiek z norm dla rur nie może potwierdzić, że pręt spełnia tolerancję wymiarową wymaganą na rysunku.

ASTM B348 to norma dla prętów, wlewków i odkuwek. Określa ona tolerancję średnicy, owalność, prostoliniowość, stan powierzchni i właściwości mechaniczne dla litego przekroju i jest właściwym odniesieniem dla pręta okrągłego od 3 mm wzwyż. Gdy wymagany jest stop taki jak Gr5, Gr9 lub Gr12, ASTM B265 obejmuje pręty stopowe i ich właściwości po wyżarzaniu. W przypadku zastosowań chirurgicznych i dentystycznych, ASTM F67 dodaje limity czystości na górze gatunków nieutwardzonych.

Praktyczne konsekwencje są proste. Jeśli rysunek klienta określa B338 dla pręta, producent zazwyczaj wyceni pręt B348 z odpowiednią chemią i testami dla rur, a obie strony powinny to uzgodnić na piśmie przed cięciem wsadu. To jedno wyjaśnienie zapobiega odrzuceniu przy odbiorze, gdy inżynier jakości porównuje nagłówek certyfikatu z rysunkiem i znajduje niezgodność formy produktu, a nie wadę materiałową.

Rozmiary i tolerancje poniżej 25 mm

Tolerancja dla małych prętów jest funkcją średnicy i metody produkcji, a nie gatunku. Pręty ciągnione na zimno i szlifowane na okrągło mają najmniejszą tolerancję, ponieważ ostatni etap obróbki usuwa zmienność powierzchni pozostałą po obróbce na gorąco; pręty łuszczone i toczone znajdują się pośrodku, a pręty walcowane na gorąco mają największą tolerancję. Dla pręta o średnicy 10 mm, tolerancja plus minus 0,05 mm jest normalnym komercyjnym oczekiwaniem dla materiału szlifowanego, podczas gdy dla tej samej średnicy w stanie walcowanym na gorąco można obiecać tylko plus minus 0,10 mm.

Trzy wymiary zasługują na miejsce na rysunku oprócz średnicy. Prostoliniowość jest zazwyczaj podawana jako maksymalne odchylenie na metr, a jeden milimetr na metr jest rozsądną wartością dla pręta szlifowanego; łuk, który jest akceptowalny w długości 3 m, staje się problemem, gdy pręt jest podawany przez podajnik prętów lub mocowany między kłami. Owalność ma znaczenie, gdy pręt jest szlifowany po zakupie, ponieważ owalny półfabrykat pozostawia ekscentryczną tolerancję szlifowania. Tolerancja długości ma znaczenie dla automatów tokarskich, gdzie krótki pręt zatrzymuje maszynę.

Pole wymiarowe dla tego produktu w karcie produktu to średnica zewnętrzna od 5 do 114 mm, grubość ścianki od 0,3 do 10 mm, maksymalna długość 1200 mm. Liczba dotycząca grubości ścianki należy do rur, więc dla prętów użyteczny odczyt to zakres średnic od 5 do 114 mm z maksymalną długością magazynową około 1200 mm. Taki jest zakres podany w poniższej tabeli i odpowiada opisowi pręta o małej średnicy, a nie atrybutom rury skopiowanym do tego samego bloku atrybutów.

Struktura i stan w małym przekroju

Przy małej średnicy warstwa powierzchniowa stanowi dużą część przekroju. 0,05 mm warstwy alfa na pręcie 6 mm to prawie jeden procent promienia, a ta utwardzona, wzbogacona tlenem skóra jest miejscem, gdzie pęknięcia zaczynają się podczas walcowania gwintów lub gięcia. Trawienie ją usuwa, ale tylko wtedy, gdy określono dodatek na trawienie; szlifowanie usuwa ją mechanicznie i pozostawia czystszą powierzchnię dla zmęczenia. Dla wszystkiego, co będzie gwintowane lub obciążane cyklicznie, pręt szlifowany z usuniętą warstwą alfa jest bezpieczniejszym zakupem.

Stan podąża za tą samą logiką. Pręt wyżarzony jest miękki, stabilny wymiarowo i łatwy w obróbce, przy czym Gr2 zazwyczaj mieści się w zakresie HB 180 do 215. Pręt obrabiany na zimno jest mocniejszy, ale przenosi naprężenia szczątkowe, a jeśli jest prostowany po ciągnieniu, naprężenia te są nierównomiernie rozłożone wzdłuż długości, więc obrabiany element może się przesuwać po pierwszym cięciu. Tam, gdzie wymagana jest ścisła koncentryczność gotowego elementu, odprężanie lub lekkie wyżarzanie przed końcową obróbką jest warte dodatkowej operacji.

Przepływ ziarna ma również znaczenie, gdy pręt staje się elementem złącznym. Śruba obrabiana z pręta ma ziarno biegnące wzdłuż osi, co jest właściwym kierunkiem dla obciążenia rozciągającego, ale powoduje, że korzenie gwintu przecinają linie przepływu. W przypadku krytycznych elementów złącznych alternatywą jest najpierw uformowanie lub wykucie półfabrykatu, tak aby przepływ podążał za przejściem od główki do trzpienia, a następnie walcowanie gwintu zamiast jego cięcia. Jest to decyzja projektowa, a nie zakupowa, i taniej jest ją podjąć przed zamówieniem pręta.

Gdzie stosuje się pręty o małej średnicy

Największe zastosowanie to małe elementy złączne obrabiane mechanicznie: śruby, szpilki, sworznie, przekładki i niestandardowe złączki, gdzie tytan jest wybierany ze względu na odporność na korozję lub wagę, a nie na wytrzymałość w podwyższonych temperaturach. Gr2 obejmuje usługi chemiczne utleniające i atmosferę morską; Gr7 z niewielkim dodatkiem palladu obejmuje kwasy redukujące, gdzie tytan nieutwardzony uległby wżeraniu; Gr5 obejmuje zastosowania wymagające wyższego zakresu wytrzymałości na rozciąganie, kosztem obrabialności i etapu obróbki cieplnej.

Praca z instrumentacją i czujnikami wykorzystuje małe pręty, ponieważ obudowa musi być niemagnetyczna, odporna na korozję i lekka, a także dlatego, że pręt o średnicy 12 mm można wiercić i gwintować na konwencjonalnej tokarce. Elementy zaworów, trzpienie i małe wały pomp podążają za tym samym wzorem. W przemyśle lotniczym małe pręty stają się wspornikami, tulejami i elementami złącznymi, gdzie oszczędność wagi w porównaniu do stali rozkłada się na cały zespół.

Jedna właściwość, która zaskakuje obrabiaczy, to moduł sprężystości. Tytan ma około 110 GPa w porównaniu do około 207 GPa dla stali, więc pręt tytanowy ugina się prawie dwa razy bardziej pod tym samym obciążeniem zginającym. Na długim, smukłym wale objawia się to jako drgania i sprężyste odkształcenie podczas toczenia, a w połączeniu śrubowym zmienia sposób podziału obciążenia gwintu między element tytanowy a stalowy odpowiednik. Potrzebny jest niższy moment obrotowy, aby osiągnąć to samo wstępne obciążenie, a ryzyko zacierania wzrasta, więc smarowanie suchą warstwą lub anodowany gwint są normalną praktyką.

Dokumentacja i inspekcja

Certyfikat 3.1 zgodnie z EN 10204 jest podstawą: numer wsadu, skład chemiczny, wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności, wydłużenie, zmniejszenie powierzchni i twardość, wszystko z możliwością śledzenia do dostarczonych prętów. Pozytywna identyfikacja materiału na każdym wsadzie wykrywa pomyłkę gatunku przy odbiorze w ciągu kilku sekund i jest warta wykonania, nawet gdy certyfikat wygląda poprawnie, ponieważ koszt niewłaściwego gatunku w linii chemicznej jest znacznie wyższy niż test.

Inspekcja wymiarowa powinna odpowiadać rysunkowi. Średnica jest sprawdzana mikrometrem w kilku punktach wzdłuż długości, prostoliniowość na płycie pomiarowej za pomocą czujnika zegarowego, a stan powierzchni wizualnie w porównaniu z uzgodnioną próbką. Badanie ultradźwiękowe rzadko stosuje się do małych prętów, ponieważ przekrój jest zbyt cienki dla znaczącego pokrycia objętościowego; badanie penetrantowe jest praktyczną metodą wykrywania wad powierzchniowych i zazwyczaj jest to specjalne wymaganie, a nie rutynowe.

Lista kontrolna zamówień dla małych prętów o małej średnicy jest krótka, ale każda pozycja ma znaczenie: numer normy i rok, gatunek, średnica i klasa tolerancji, stan, wykończenie powierzchni, prostoliniowość, długość, poziom certyfikatu testowego i wyraźne stwierdzenie, która norma obowiązuje, gdy na rysunku pojawia się norma dla rur. Uzgodnienie tych siedmiu pozycji przy wycenie jest tańsze niż spieranie się o nie po dostawie.

Obrazy produktów