Jominiho zkouska prokalitelnosti

Jominiho zkouška prokalitelnosti
 Zakalitelnost je schopnost materiálu při
ochlazování nad kritickou rychlost přejít a
setrvat v metastabilním stavu, tj. u ocelí
získat martenzitickou strukturu. Protože
obvykle se bere tvrdost jako měřítko
kaleného stavu, je zakalitelnost dána
maximální tvrdostí povrchu výrobku.
 Prokalitelností se rozumí schopnost oceli
dosáhnout při kalení tvrdosti (martenzitické
struktury) do určité hloubky pod povrch
výrobku. Za prokalenou se obvykle
považuje vrstva, která má tvrdost
odpovídající struktuře o minimálně 50 %
martenzitu.
Schéma čelní zkoušky
prokalitelnosti - Jominiho zkouška
 Prokalitelnost závislá na vnitřních činitelích daných typem oceli.
 Ocel sama ovlivňuje přeměnu austenitu a tím i prokalitelnost svým
chemickým složením austenitu, tj. obsahem uhlíku a přítomností legujících
prvků.
 Dále je závislá na homogenitě austenitu, tj. na stupni koncentrace
rozpuštěného uhlíku a ostatních prvků a na množství nerozpuštěných částí
karbidů v okamžiku kalení.
 Na prokalitelnost má ještě značný vliv velikost austenitického zrna. Čím
bude zrno jemnější, tím bude vyšší kritická rychlost a naopak. Avšak
druhého způsobu zvyšování prokalitelnosti nadměrným zvětšením zrna
vede k výraznému zhoršení mechanických vlastností, zejména vrubové
houževnatosti.
Vnější činitelé:
 kalící teplota
 doba setrvání na této teplotě (vliv na množství nerozpuštěných karbidů a
stejnorodost austenitizace i na velikost austenitického zrna při kalení).
 ochlazovací prostředí, stav povrchu oceli a rozměr i tvar kaleného výrobku.
Pás prokalitelnosti
Jominiho zkouška prokalitelnosti spočívá v ochlazování přímo z kalící
teploty. Ohřátý vzorek je uchycen v přípravku, tak aby na čelo vzorku
mohla ze spodní části stále proudit voda o tlaku asi 65 ± 10 mm
vodního sloupce. Do doby než je vzorek na svém místě v přípravku,
proudu vody brání clona, která se poté odstraní. Tím dochází k
prudkému ochlazení čela a postupnému chladnutí vzorku od čela až k
hlavě, za kterou je vzorek uchycen.
Přípravek pro Jominyho zkoušku prokalitelnosti /1zkušební těleso, 2-držák, 3-trubka přívodu
vody, 4-ventil, 5-clona, 6-detail předepsané výšky vodního
proudu/
Po zakalení se na vzorkách provede vybroušení v podélné ose do
hloubky 0,5 mm, pro vytvoření plošky na měření tvrdosti a event.
odstranění povrchového oduhličení. Broušení se obvykle provádí za
současného chlazení vodou, aby nedošlo k lokálnímu tepelnému
ovlivnění struktury materiálu, a tím ke změně vlastností, např. při
popouštění. Na vzorku se následně provede vlastní měření tvrdosti
na obou vytvořených ploškách.
Podle obsahu uhlíku ve zkoušené oceli se z diagramu zjistí tvrdost
odpovídající struktuře s 50 % martenzitu. Pak se na křivce prokalitelnosti
získané Jominiho zkouškou najde vzdálenost od čela vzorku, ve které je stejná
tvrdost
Z křivky E (50 % martenzitu)
byla určena pro 0,5 %C
odpovídající tvrdost. Tato
hodnota je přibližně 48 HRC.
Závislost tvrdosti struktury na obsahu uhlíku
Příklad Jominiho zkoušky pro ocel
ČSN 12 050
Vzorek byl tepelně zpracován, kalen v
kalícím pouzdře s kousky dřevěného uhlí,
aby nedošlo k oduhličení materiálu. Byl
ohřán na teplotu 850°C nejvyšší možnou
rychlostí pece, poté následovala výdrž na
této teplotě 30 min.
Mikrostruktura nejbližší čelu je takřka čistě martenzitická. Tato oblast sahá do
vzdálenosti asi 2,5 mm a vyznačuje se nejvyšší tvrdostí. Mikrostruktura
neobsahuje podíl proeutektoidního feritu, což svědčí o správnosti kalící teploty.
Této struktury se dosahuje vysokou rychlostí chladnutí, k čemuž na čele vzorku
dochází. Tvrdost je v této oblasti naměřena od 66 – 56 HRC.
Martenzitická
mikrostruktura
V oblasti 2,5 - 3,5 mm od čela se nachází oblast mezi čistě martenzitickou oblastí a
strukturou feriticko - perlitickou. Pásmo je dost úzké, ale přesto v něm dochází k
výraznému poklesu tvrdosti. Původní austenitická zrna ohraničena troostitickým
síťovím, které se na světlejším martenzitu zobrazují tmavěji. S přibývajícím
množstvím troostitu klesá tvrdost. Tato struktura se vyznačuje u tohoto typu oceli
tvrdostí asi 56 – 45 HRC.
Struktura martenzitu s
tmavším troostitickým
síťovím
Oblast do vzdálenosti 38 mm od čela. Zpočátku (při vyšších rychlostech
ochlazování) dochází k ohraničení feritickým síťovím původního austenitického
zrna. Se zvyšující se vzdáleností od čela pak přibývá množství feritu. Toto pásmo je
velmi rozsáhlé; zvětšující se množství feritu a zvýšení hrubosti (mezilamelární
vzdálenosti) perlitu zapříčiňuje i stálý pokles tvrdosti. Tvrdost se pohybuje v
rozmezí 45 – 26 HRC.
Feriticko-perlitická
mikrostrukutra
Vzdálenost od 38 mm od čela do konce vzorku. Stálá tvrdost - 20 HRC.
Množství feritu a morfologie jeho vyloučení způsobuje, že není dobře
patrné původní austenitické zrno oceli. Jedná se o mikrostrukturu,
která u tohoto typu ocelí vzniká např. normalizačním žíháním.
Feriticko-perlitická
mikrostruktura