¿Cuáles son los estándares y métodos para las pruebas de dureza de piezas de tubos de acero de precisión?

La dureza es uno de los principales indicadores de rendimiento mecánico de las piezas de tubos de acero de precisión y afecta directamente su resistencia al desgaste, resistencia a la compresión y vida útil. Los resultados de sus pruebas proporcionan una base crucial para la optimización del proceso de producción, la aceptación de la calidad del producto y la adaptación de la aplicación. A continuación se detallan los estándares básicos y los métodos prácticos para las pruebas de dureza, considerando la alta precisión y las aplicaciones de múltiples escenarios de las piezas de tubos de acero de precisión.

Primero, los estándares de prueba básicos para tubos de acero de precisión.

Las pruebas de dureza de piezas de tuberías de acero de precisión deben seguir estándares aceptados internacionalmente para garantizar la precisión, comparabilidad y autoridad de los resultados de las pruebas. Los diferentes métodos de prueba corresponden a sistemas estándar específicos, como sigue:

(I) Normas nacionales (GB/T)

GB/T 231.1-2022: 'Materiales metálicos—Prueba de dureza Brinell—Parte 1: Métodos de prueba', aplicable a pruebas de dureza macroscópicas de tubos de acero de precisión de dureza media y baja, especifica el penetrador de bola de aleación dura, las especificaciones de aplicación de carga y los métodos de medición de indentación. Es el estándar básico para las pruebas de dureza Brinell en China. GB/T 230.1-2022: Materiales metálicos—Prueba de dureza Rockwell—Parte 1: Métodos de prueba, equivalente a los estándares internacionales, especifica el tipo de penetrador, los parámetros de carga y las reglas de lectura para cada escala de dureza Rockwell (HRA, HRB, HRC), aplicable a la clasificación rápida de dureza de tubos de acero de precisión terminados.

GB/T 4340.1-2022: Materiales metálicos — Prueba de dureza Vickers — Parte 1: Métodos de prueba, para piezas de tubos de acero de paredes delgadas, secciones pequeñas y de alta precisión, estandariza el uso de penetradores de pirámide cuadrada de diamante y el procedimiento de medición de indentación diagonal, lo que garantiza la precisión en las pruebas de dureza microscópicas.

GB/T 17394-1998: Materiales metálicos: métodos de prueba de dureza Leib, guía la aplicación de probadores de dureza Leeb portátiles en pruebas de campo y de piezas de tuberías de acero de gran precisión, aclarando las reglas de conversión del valor de dureza y los requisitos de calibración de instrumentos.

GB/T 3639-2023, 'Tubos de acero sin costura de precisión estirados o laminados en frío', como estándar de producto, aclara el rango de aceptación de indicadores de dureza para tubos de acero de precisión y los requisitos correspondientes para seleccionar métodos de prueba.

(II) Estándares internacionales y de la industria

Las normas de la serie ASTM: ASTM E10-23 (dureza Brinell), ASTM E18-24 (dureza Rockwell), ASTM E384-22 (dureza Vickers) y ASTM A956-22 (dureza Riekel) proporcionan pautas de prueba de dureza para piezas de tubos de acero de precisión que circulan en el mercado internacional, estandarizando las condiciones de prueba y la interpretación de los resultados en diferentes escenarios.

Las normas de la serie ISO: ISO 6506-1:2023 (Brinell), ISO 6508-1:2023 (Rockwell) e ISO 6507-1:2023 (Vickers) unifican las especificaciones técnicas para las pruebas de dureza de tubos de acero de precisión a nivel mundial, mejorando la comparabilidad de los datos de pruebas entre regiones. Los estándares industriales especializados, como DIN 2391 (norma alemana para tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío) y ASTM A519 (estándar para tubos de acero al carbono y aleados sin costura para maquinaria), proporcionan especificaciones adicionales para los requisitos de dureza y métodos de prueba de tubos de acero de precisión para aplicaciones específicas.

En segundo lugar, métodos de prueba convencionales y puntos prácticos para tubos de acero de precisión.

Las pruebas de dureza de piezas de tubos de acero de precisión requieren seleccionar un método apropiado según el rango de dureza del material, el espesor de la pared, el acabado de la superficie, el escenario de prueba y los requisitos del lote. Los métodos principales incluyen Brinell, Rockwell, Vickers y Leeb, con las siguientes características específicas:

(I) Prueba de dureza Brinell (HB)

(a) Escenarios aplicables: Adecuado para tubos de acero de precisión de acero dulce y acero de baja aleación con un espesor ≥ 6 mm y una dureza ≤ 450 HB. Especialmente adecuado para probar productos semiacabados antes del tratamiento térmico/después del recocido, reflejando las características generales de dureza del material. No es adecuado para piezas terminadas, de alta dureza y de paredes delgadas (las hendiduras grandes pueden afectar fácilmente la apariencia y el rendimiento).

(b) Puntos operativos: Utilice un penetrador de bola de carburo cementado, aplique una carga de 3000 kg, manténgalo así durante 10 a 30 segundos y luego retire la carga. Mida el diámetro promedio de la hendidura usando un microscopio y calcule el valor de dureza Brinell usando una tabla de conversión. Por ejemplo, 120HBS10/1000130 significa: utilizando una bola de acero de 10 mm de diámetro bajo una carga de 1000 kgf durante 30 segundos, se mide que el valor de dureza es 120 MPa.

(c) Ventajas y desventajas: las ventajas incluyen resultados estables, buena repetibilidad y la capacidad de reflejar la uniformidad macroscópica de la dureza del material; Las desventajas incluyen un gran tamaño de indentación (normalmente de 2 a 6 mm), una baja eficiencia de prueba y, en general, bajos requisitos de acabado superficial (Ra ≤ 1,6 μm es suficiente).

(II) Prueba de dureza Rockwell (HR)

(a) Escenarios aplicables: Adecuado para materiales de dureza media a alta, como tubos de acero de precisión acabados, acero templado y acero aleado con un espesor ≥ 1,5 mm. Es el método de prueba más utilizado en la producción en masa (representa más del 70% de las pruebas de dureza totales) y puede completar rápidamente la clasificación de dureza.

(b) Puntos operativos: seleccione la escala adecuada según la dureza del material. Las escalas y parámetros comúnmente utilizados son los siguientes: HRA (carga de 60 kg + punta de cono de diamante, adecuada para tubos de acero de carburo cementado), HRB (carga de 100 kg + bola de acero endurecido de 1,5875 mm, adecuada para tubos de acero con bajo contenido de carbono y acero recocido), HRC (carga de 150 kg + punta de cono de diamante, adecuada para tubos de acero templado y templado). Durante la prueba, aplique primero la carga inicial y luego la carga total. Después de retirar la carga principal, mida el incremento de la profundidad de indentación residual y calcule el valor de dureza usando la fórmula (escala A/C: HR=100-e; escala B: HR=130-e, donde e es el incremento de profundidad en 0,002 mm).

(c) Ventajas y desventajas: Las ventajas incluyen un tamaño de indentación pequeño (diámetro <1 mm), operación rápida y lectura directa, lo que lo hace adecuado para la inspección de piezas terminadas. Las desventajas incluyen el pequeño tamaño de la indentación, que conduce a una representatividad más débil de los resultados, los altos requisitos de acabado de la superficie y la necesidad de eliminar las incrustaciones de óxido y las impurezas de antemano.

(III) Prueba de dureza Vickers (HV)

(a) Escenarios aplicables: Piezas de tubos de acero de paredes delgadas, de sección pequeña, de superficie endurecida y de alta precisión, como tubos de acero de precisión para sistemas aeroespaciales e hidráulicos. También se puede utilizar para pruebas de laboratorio precisas y escenarios de necesidades especiales.

(b) Puntos operativos: se utiliza un penetrador piramidal cuadrado de diamante. Se aplica una carga ajustable de 1 a 120 kg, se mantiene durante un tiempo específico y luego se descarga. Las longitudes de las dos diagonales de la hendidura se miden mediante un sistema microscópico. El valor de dureza se calcula mediante la fórmula (HV=0,1891×F/d², donde F es la carga y d es la longitud media de las diagonales). Durante la prueba, la rugosidad de la superficie debe ser aproximadamente similar a un espejo para evitar afectar la observación de las indentaciones.

(c) Ventajas y desventajas: Las ventajas incluyen un amplio rango de medición, alta precisión y un tamaño de indentación extremadamente pequeño, adecuado para probar materiales tanto blandos como duros y áreas microscópicas. Las desventajas incluyen operación compleja, velocidad de prueba lenta y alto costo, lo que lo hace inadecuado para pruebas por lotes in situ.

(IV) Prueba de dureza Leeb (HL)

(a) Escenarios aplicables: Adecuado para piezas grandes e inamovibles de tuberías de acero de precisión, como componentes integrados de tuberías de acero e inspección de tuberías in situ, lo que permite una detección rápida y no destructiva.

(b) Puntos operativos: utilice un probador de dureza Leeb portátil, seleccione la configuración 'Acero forjado', impacte la superficie de la tubería de acero con un impactador, mida la velocidad de rebote del impactador para calcular el valor de dureza Leeb y luego conviértalo a valores HB/HR/HV de acuerdo con el estándar GB/T 17394. El instrumento debe calibrarse con un bloque de dureza estándar antes de realizar la prueba. La dirección del impacto debe ser perpendicular a la superficie de prueba. Cada punto de medición debe probarse al menos 3 veces y la dispersión de los datos no debe exceder ±15 HL del valor promedio.

(c) Ventajas y desventajas: las ventajas incluyen portabilidad, velocidad, ausencia de daños en la pieza de trabajo y alta eficiencia de prueba; Las desventajas incluyen una precisión ligeramente menor, una mayor susceptibilidad a las condiciones de la superficie, la vibración y el espesor de la pieza de trabajo, y su idoneidad sólo para pruebas de detección y sin arbitraje.

En tercer lugar, procedimientos operativos generales y precauciones para tuberías de acero de precisión.

(I) Procedimientos operativos estándar para tubos de acero de precisión

(a) Pretratamiento de muestra: elimine las incrustaciones de óxido, el aceite y el óxido de la superficie de la tubería de acero. Lijar hasta que la superficie quede lisa y limpia, con una rugosidad Ra≤1,6μm. Para tubos de acero curvos, muela para crear una superficie plana de 5 mm × 50 mm o 20 mm × 50 mm para evitar afectar la precisión de la indentación. No dañe el espesor de la pared de la tubería durante el rectificado.

(b) Selección del método: determine el método según el espesor, el rango de dureza, la precisión de la superficie y el escenario de prueba de la tubería de acero de precisión. Por ejemplo, el probador de dureza Vickers se selecciona para piezas de precisión de paredes delgadas, el probador de dureza Rockwell se selecciona para productos terminados por lotes y el probador de dureza Leeb se selecciona para piezas grandes en el campo.

(c) Calibración del instrumento: antes de realizar la prueba, calibre el durómetro con el bloque de dureza estándar correspondiente, verifique el desgaste del penetrador, la precisión de la carga y la precisión del sistema de medición para garantizar que el instrumento esté en condiciones calificadas.

(d) Procedimiento de prueba: establezca la carga, el penetrador y el tiempo de retención de acuerdo con el método seleccionado. Mida en ubicaciones clave, como ambos extremos y el centro de la tubería de acero, probando al menos de 3 a 5 puntos en cada ubicación. La distancia entre dos muescas cualesquiera debe ser ≥3 mm y el centro de la muesca debe estar a ≥5 mm del borde de la pieza.

(e) Procesamiento de datos: elimine los valores atípicos y tome el promedio de los datos restantes como valor de dureza final. Registre el método de prueba, los parámetros del instrumento, las ubicaciones de la prueba y los resultados en detalle para generar un informe de prueba.

(II) Precauciones clave para tubos de acero de precisión

(a) Control del estado de la superficie: Evite defectos de la superficie como grietas, inclusiones y rayones. Puede ser necesario un rectificado secundario. La superficie de prueba debe estar limpia y seca para evitar que el aceite y el polvo afecten el contacto del penetrador y la precisión de la medición.

(b) Coincidencia de carga y espesor de pared: Se prohíben las pruebas de carga elevada para tuberías de acero con un espesor de pared ≤5 mm para evitar resultados distorsionados debido a la deformación elástica de la pared de la tubería. Las tuberías de acero de diámetro pequeño con un diámetro exterior <45 mm no son adecuadas para probadores de dureza Brinell portátiles y requieren muestreo y pruebas de laboratorio.

(c) Medio ambiente y procedimientos operativos: la temperatura de prueba del laboratorio debe mantenerse a 20 ± 5 ℃, evitando vibraciones e interferencias de polvo. Durante las pruebas in situ, asegúrese de que el instrumento esté soportado de manera estable, que la dirección del impacto sea perpendicular a la superficie de prueba y que no haya sacudidas relativas entre el operador y el instrumento.

(d) Mantenimiento y calibración del instrumento: inspeccionar periódicamente el penetrador, calibrar el sistema de carga y el dispositivo de medición periódicamente y conservar los registros de calibración para referencia futura.

(e) Juicio de resultados y arbitraje: cuando existe una disputa sobre los resultados de la prueba, se debe utilizar la prueba de dureza Vickers como método de arbitraje preferido. Para las pruebas por lotes, se debe seguir la proporción de muestreo estándar para garantizar la representatividad de la muestra.

En resumen, las pruebas de dureza de piezas de tubos de acero de precisión deben cumplir estrictamente con los estándares correspondientes, seleccionar científicamente métodos de prueba basados ​​en las características de las piezas, estandarizar los procedimientos operativos y controlar los detalles clave para garantizar resultados de prueba precisos y confiables, brindando una garantía para el control de calidad del producto y la seguridad de la aplicación.