ĆWICZENIE NR 6

Badanie hartowności stali. Próba Jominy'ego.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się metodą badania hartowności stali na podstawie przeprowadzonej próby Jominy'ego.

Metody badania hartowności

 

Istnieją zasadnicze metody badania hartowności:

• obserwacja przełomu,

• metoda krzywych U,

• próba hartowania od czoła (próba Jominy'ego)

Obserwacja przełomu jest metodą warsztatową badania hartowności. Przy przełamaniu zahartowanego pręta część zahartowana ma przełom jedwabisty, matowy, natomiast część niezahartowana jest błyszcząca. Metodę tę stosuje się do badania stali narzędziowych.

Metoda krzywych U polega na pomiarze twardości na przekroju zahartowanej próbki o kształcie cylindrycznym. Próbka musi mieć wystarczającą długość, aby można było pominąć wpływ chłodzenia od powierzchni czołowych. Po zahartowaniu próbki i wyciągnięciu z jej części środkowej krążka, mierzy się twardości (HRC) na przekroju poprzecznym wzdłuż średnicy w dwóch prostopadłych kierunkach. Na wykresie rozkład twardości na przekroju próbki nie zahartowanej na wskroś przypomina liter U, jak to przedstawia rys. 2. Znając wartość twardości krytycznej dla danego gatunku stali można rozgraniczyć strefę zahartowaną od nie zahartowanej i określić grubość strefy zahartowanej.

Badanie hartowności metodą chłodzenia od czoła

 

Badanie hartowności metodą od czoła, czyli próbą Jominy'ego, przeprowadza się opierając się na normie PN-79/H-04402. Metodę tę stosuje się celem określenia hartowności stali konstrukcyjnych, węglowych i stopowych niehartujących się w powietrzu. Badanie przeprowadza się na próbce znormalizowanej o wymiarach podanych na poniższym rysunku:

Próbkę wykonaną z badanego gatunku stali wkładamy do pieca elektrycznego nagrzanego do temperatury A_c3÷A_c1+(30÷50 ºC). Dla stali węglowej temperaturę A_c3 ustalamy z układu równowagi Fe-Fe₃C. Często w czasie nagrzewania zabezpiecza się próbkę przed odwęgleniem, wkładając ją do metalowego pudełka i obsypując opiłkami żeliwa. Głowa próbki powinna nieco wystawać z opiłek. W stalach niskowęglowych nie zauważono wyraźnych skutków odwęglenia i dlatego wyżej opisane zabezpieczenie jest czasem pomijane. Wygrzewanie próbki w piecu elektrycznym powinno trwać około 45 minut. Po upływie tego czasu należy chwycić kleszczami główkę próbki, wyjąć z pieca i wstawić do uchwytu aparatu Jominy'ego. Schemat aparatu Jominy'ego przedstawiono na rysunku poniżej:

Po wstawieniu próbki do uchwytu aparatu i odsunięciu przesłony dyszy wodnej czoło próbki jest intensywnie chłodzone wodą. Czas zużyty na wyjęcie próbki z pieca i wstawienie do aparatu nie powinien przekraczać 5 sekund. Próbki należy chłodzić co najmniej 10 minut. Po ostygnięciu próbki szlifujemy wzdłuż dwu przeciwległych tworzących, zdejmując z każdej strony warstwę około 0,4 mm. W czasie szlifowania należy próbkę intensywnie chłodzić. Na oszlifowanych powierzchniach wykonujemy pomiary twardości aparatem Rockwella (HRC), na długości 20÷50 mm w odległościach co 2 mm od czoła próbki. Przedstawiwszy graficznie otrzymywane wyniki stwierdzamy, że w miarę zwiększania się odległości od czoła następuje łagodne zmniejszenie się twardości stali hartującej się głęboko (stal stopowa) oraz wyraźny spadek twardości stali płytko hartującej się (stal węglowa).

Stal użyta do doświadczenia posiada oznaczenie 45H (C40CR6). Temperatura austenizacji wynosiła 850^oC a czas wygrzewania 30 minut. Przeprowadzone pomiary twardości zahartowanej próbki zamieszczone są w poniższej tabeli:

Odległość od czoła [mm]	0,0	1,5	3,0	5,0	7,0	9,0	11,0	13,0	15,0	20,0	25,0	30,0	35,0
Twardość [HRC]	56	50	46	30	29	27	25	26	21	19	18	16	13

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów można wyznaczyć średnicę krytyczną dla danego gatunku stali, która oznacza, na jaką głębokość można zahartować tę stal. Dla badanej stali twardość krytyczna została odczytana z wykresu zależności twardości od zawartości węgla i wynosi ona 45 HRC. Dla tej wartości odczytujemy z powyższego wykresu, że średnica krytyczna D_K wynosi około 3,15mm.

Wnioski

Próba Jominy'ego jako jedna z metod badania hartowności stali jest często stosowana ze względu na prostotę wykonania i łatwe w analizie wyniki pomiarów. Do przeprowadzenia próby nie potrzeba skomplikowanej aparatury a otrzymane rezultaty odznaczają się dużą dokładnością.

1

---