Metoda hartowania czołowego (Jominy'ego)

1. Wprowadzenie

Hartownością nazywamy podatność stali do utwardzania się w głąb przekroju pod wpływem

hartowania. Głębokość zahartowania jest ściśle związana z szybkością krytyczną chłodzenia.

Podczas chłodzenia część przekroju od strony powierzchni zahartuje się na martenzyt, gdy szybkość chłodzenia jest większa od szybkości krytycznej (rys.1a,b). Warstwy leżące głębiej, które są oziębiane z szybkością mniejszą od krytycznej, uzyskują budowę nie martenzytyczną lecz strukturę typu perlitycznego. Jeśli natomiast szybkość chłodzenia w środku przekroju pręta będzie większa od szybkości krytycznej ulegnie on zahartowaniu w całym przekroju(rys.1c).

Rys 1a rys 1b rys1c

Miarą hartowności jest grubość warstwy martenzytycznej na przekroju hartowanego przedmiotu. W praktyce ocenę hartowności przeprowadza się w oparciu o tzw. średnicę krytyczną, tj. przy której po zahartowaniu uzyskuje się w osiowej części przekroju strukturę o określonej zawartości martenzytu, lecz nie mniejszej od 50%. Średnica krytyczna dla danego gatunku stali jest zależna między innymi od rodzaju ośrodka chłodzącego i im wolniej chłodzi ośrodek tym mniejsza jest średnica krytyczna.

Obecnie hartowność stali wyznacza się metodami:

• na przełomie

• metodą Grossmanna, zwaną również metodą krzywych U

• metodą Jominy'ego, zwaną próbą hartowania czołowego

jednak my będziemy zajmować się tylko tą ostatnią metodą.

Metoda hartowania czołowego (Jominy'ego) polega na zahartowaniu próbki o długości 100 mm i średnicy 25 mm natryskiem wody na powierzchnię czołową (rys.2). Próbę przeprowadza się wurządzeniu przedstawionym na rys.3.

Po zahartowaniu zeszlifowuje się warstwę o grubości ok.0,25 mm wzdłuż przeciwległych tworzących tak, aby uzyskać płaszczyznę. Na powierzchniach tych wykonuje się pomiary twardości w odległości co 1,5÷2 mm. Wyniki pomiarów nanosi się na wykres w układzie współrzędnych: odległość do czoła próbki (oś odciętych) - twardość HRC (oś rzędnych).

Łącząc otrzymane punkty linią ciągłą uzyskuje się krzywą hartowności (rys.4).

Rys 4

W powyższej próbie stal nagrzewa się do temperatury hartowania, wytrzymuje w tej temperaturze przez określony czas, a następnie oziębia strumieniem wody czoło jednego końca próbki. Hartowność określa się na podstawie zmiany twardości na długości próbki.

2. Przebieg ćwiczenia

Próbkę nagrzewamy równomiernie do średniej temperatury hartowania (odczytanej z norm - dla danego gatunku stali) lub do temperatury Ac3 + (30 - 50°C). Należy zwrócić uwagę aby próbka podczas nagrzewania nie uległa nawęgleniu, odwęgleniu lub utlenieniu. Gdy nie posiadamy pieca z atmosferą ochronną należy stosować osłony z żeliwa lub stali.

Nagrzaną próbkę należy wyjąć z urządzenia grzewczego, umieścić w uchwycie, odsunąć przysłonę dyszy, próbkę należy oziębiać co najmniej przez dziesięć minut. Czas od wyjęcia próbki z pieca do odsunięcia przysłony nie powinien być dłuższy niż 5 sekund, ponieważ prędkość chłodzenia w powietrzu wynosi 18°/s, a więc po czasie dłuższym niż 5 sekund nastąpiłaby już przemiana perlityczna.

Zahartowaną próbkę należy przeszlifować w dwóch jednakowo odległych od osi i równoległych do niej płaszczyznach. Warstwa zeszlifowana powinna wynosić około 0,4 do 0,5 mm (podczas szlifowania należy próbkę intensywnie chłodzić w celu uniknięcia zmian strukturalnych).

Pomiaru twardości należy dokonać metodą Rockwella. Pomiaru tego dokonuje się wzdłuż osi przeszlifowanych powierzchni, wzdłuż długości próbki. Pomiar twardości dokonuje się od czoła zahartowanego w odstępach: pierwsze dwa co 1,5 mm, następne sześć co 2 mm, kolejne co 5 mm. W przypadku dokładniejszego wyznaczanie krzywej hartowności, dla stali wykazujących gwałtowny spadek twardości można zmniejszyć odległości pomiędzy punktami pomiaru twardości.

W celu wykreślenia krzywej hartowności wytopu należy wyniki pomiarów twardości umieścić na wykresie twardość - odległość od hartowanego czoła próbki.

W naszej próbie hartowania stali od czoła badaliśmy trzy stale:

- stal 35

- stal 45

- stal 55

4.Tabele pomiarowe i wykresy

5. Wnioski

Na błędy powstałe przy oznaczaniu hartowności mogły mieć wpływ:

niedokładność pomiaru twardości (niewyzerowanie czujnika zegarowego), zbyt długi czas pomiędzy wyjęciem z urządzenia grzewczego a umieszczeniem w strumieniu wody chłodzącej, nieprawidłowe parametry cieczy chłodzącej, niezbyt dokładny odczyt wielkości z wykresów umieszczonych w normie.

Rys.2 rys.3

---