Próba Jominy’ego wyznaczania hartowności

Próba Jominy’ego wyznaczania hartowności zwana również metodą oziębiania od czoła (PN-EN ISO 642:2002) polega na zahartowaniu od czoła próbki cylindrycznej o średnicy 25 mm i długości 100 mm (z kołnierzem) strumieniem wody wypływającym z dyszy o średnicy 12,5 mm. Po zahartowaniu zeszlifowuje się po 0,4 – 0,5 mm wzdłuż przeciwległych tworzących próbki i dokonuje pomiarów twardości aparatem Rockwella na skali C w następujących odległościach: 2 odcinki co 1,5 mm, 6 co 2 mm i dalsze co 5 mm. Dla stali o małej hartowności pomiarów twardości dokonuje się w odległościach: 11 odcinków co 1 mm, 2 co 2 mm i dalsze 3 co 5 mm.

Próbka do hartowania od czoła i krzywa Jominy

Schemat urządzenia Jominy’ego do oziębiania próbek:

1 – zbiornik z wodą, 2 – wanna, 3 – zawór, 4 – dysza wodna, 5 – przesłona, 6 – uchwyt próbki, 7 – próbka.

Chcąc wyznaczyć hartowność danego materiału należy wcześniej określić poszczególne parametry takie jak odległość krytyczną, twardość krytyczną oraz średnicę krytyczną, które ją określają. Celem wyznaczenia odległości krytycznej (lk [mm]), czyli odległości od czoła, na której próbka uległa zahartowaniu, należy najpierw z wykresu odczytać twardość krytyczną dla danego gatunku stali. Znając twardość krytyczną można z wykreślonego wykresu określić odległość krytyczną lk, odpowiadającą odległości od czoła próbki, na której twardość próbki jest wyższa od twardości krytycznej.

Krzywa hartowności charakteryzuje przebieg spadku twardości wzdłuż długości próbki. W przypadku stali o bardzo dużej hartowności spadek twardości będzie powolny, natomiast w przypadku stali o małej hartowności spadek twardości będzie szybki. Posługując się następnie wykresem zależności Dki i Dk od lk oraz H  przy znanej odległości krytycznej, uprzednio odczytanej można ustalić średnicę krytyczną (Dk [mm]) badanej stali przy hartowaniu w wodzie i oleju lub idealną średnicę krytyczną (dla ośrodka chłodzenia o hipotetycznej, nieskończenie dużej intensywności chłodzenia). Wyznaczona średnica krytyczna jest miarą hartowności. Określa się również odległość od czoła, dla której uzyskano twardość odpowiadającą strefie półmartenzytycznej. Pręt zahartowany na wskroś najczęściej oznacza pręt, w którego rdzeniu jest 50 % martenzytu (D50), chociaż określa się średnice krytyczne także dla innych udziałów objętościowych martenzytu (np. D95, D80).

 Zależność twardości krytycznej od zawartości węgla w stali

 Przykładowa krzywa hartowności stali konstrukcyjnych

Wykres zależności Dki i Dk od lk oraz H

Czynności powyższe dostarczają nam wiele informacji na temat badanego materiału a warunki przeprowadzenia próby hartowności są ściśle znormalizowane, jednakże doświadczenie wykazuje, że nieznaczne odchylenia od warunków jej przeprowadzenia nie wpływają na wynik. Z próby Jominy’ego można, więc określić:

• maksymalną twardość stali po zahartowaniu,
• charakter zmian twardości, a po odpowiednim przeliczeniu i innych własności mechanicznych (w przybliżeniu),
• średnicę krytyczną, a za pomocą odpowiednich nomogramów także idealną średnicę krytyczną.

 

Z powodu rozrzutu składu chemicznego stali dopuszczalnego przez normy, dla stali tego samego gatunku z poszczególnych wytopów, uzyskuje się krzywe hartowności nieco różniące się między sobą. Obszar między maksymalnymi a minimalnymi wartościami twardości jest nazywany pasmem hartowności i na jego podstawie możemy określić średnią twardość dla danego gatunku stali w znanej odległości od czoła próbki.

Pasmo hartowności stali 35SG