Inne metody wyznaczania hartowności

Metoda krzywych U wg. Grossmanna

Polega ona na hartowaniu w wodzie lub oleju cylindrycznych próbek o różnych średnicach. Próbki te następnie przecina się i dokonuje pomiaru twardości na ich poprzecznym przekroju wzdłuż średnicy.  Punkt środkowy osi odciętych odpowiada osi próbki: na lewo i na prawo od tego punktu odmierza się odległości od osi próbki. Na osi rzędnych oznacza się odpowiadające określonym punktom przekroju twardości w skali Rockwella C. W ten sposób otrzymuje się krzywe o kształcie podobnym do litery U obrazujące przebieg zmian twardości wzdłuż średnicy przekroju próbki. Podczas równoczesnej obserwacji struktury takiej próbki pod mikroskopem można zauważyć, że przy powierzchni występuje jednorodny martenzyt, po czym w głębszych warstwach oprócz martenzytu pojawia się bainit, a następnie drobny perlit, którego ilość wzrasta stopniowo w kierunku osi próbki, o ile tylko średnica próbki jest dostatecznie duża. Twardość występującej strefy półmartenzytycznej nosi nazwę twardości krytycznej. Sposób oznaczenia głębokości zahartowania cylindrycznej próbki z przebiegu krzywych U polega na tym, że na wykresie nanosi się wartość twardości krytycznej, co pozwala na ustalenie średnicy niezahartowanego rdzenia (D_r) o twardości niższej od twardości krytycznej. Głębokość zahartowanej strefy określona jest wówczas wzorem:

gdzie:

h – głębokość zahartowanej strefy,

D_p – średnica próbki,

D_r – średnica niezahartowanego rdzenia.

Krzywe U dla stali a – węglowej o zawartości 0,45 % C, b – chromowej o zawartości 0,40 % C i 1,0 % Cr

Jeżeli twardość próbki w rdzeniu jest wyższa od twardości krytycznej, uważa się, że próbka została zahartowana na wskroś. Ta metoda badania hartowności jest jednak niewygodna do przeprowadzenia z powodu szeregu czynników wpływających na głębokość zahartowania, do których dochodzi ważny czynnik jakim jest średnica próbki. Wskutek tego nawet przy innych czynnikach, które są jednakowe, wyniki badania hartowności próbek o różnych średnicach jest trudno porównać.

 

Metoda obliczeniowa Grossmanna:

Metoda ta pozwala na obliczenie idealnej średnicy krytycznej D_ki i polega na liczbowym ujęciu w formie współczynników wpływu składu chemicznego stali i wielkości ziarna austenitu na hartowność stali. Przez współczynniki hartowności należy pomnożyć podstawową idealną średnicę krytyczną D_pki dla stopów żelaza

gdzie:

% C – zawartość węgla,

B – współczynnik zależny od wielkości ziarna austenitu.

 

Współczynnik B możemy obliczyć ze wzoru:

gdzie:

N – nr klasy ziarna w skali ASTM.

 

Następnie obliczmy współczynniki hartowności, uwzględniające wpływ dodatków stopowych, które mają postać:

gdzie:

x – koncentracja pierwiastka stopowego w %,

a – stała empiryczna uwzględniająca siłę wpływu danego pierwiastka.

 

Wartości współczynników hartowności

 

Ostatecznie idealną średnicę krytyczną wylicza się mnożąc, średnicę D_pki przez współczynniki hartowności poszczególnych pierwiastków wyznaczone powyżej:

Na podstawie wykresów CTPc:

Hartowność można także określić znając krytyczną szybkość chłodzenia vkr, czyli najmniejszą z możliwych szybkości chłodzenia, w wyniku realizacji, której uzyskuje się tylko przemianę martenzytyczną. Ponieważ krytyczną szybkość chłodzenia wyznacza się najczęściej z wykresów CTPc, także i one są źródłem określenia hartowności.

Ocena hartowności na przełomie:

Badanie hartowności na przełomie jest najprostszą, a równocześnie najdawniejszą metodą określania hartowności.

Obecnie nie jest już stosowana lub stosuje się ją sporadycznie. Polega na obserwacji przełomu próbki zahartowanej w wodzie i porównaniu jej z odpowiednią skalą wzorców przełomów próbek, które hartuje się z temperatur 760, 800, 840 i 880 [°C]. Do określania przy próbie wielkości ziarna została przyjęta w Polsce skala przełomów Jernkontoret, która składa się z 10 wzorców (próbek) o odpowiednio dobranej wielkości ziarna, oznaczonych numerami od 1 do 10. Numer 1 oznacza najgrubsze ziarno a numer 10 najdrobniejsze. Wymiary poprzeczne próbek to 25 x 25 [mm] przy długości 100 [mm]. Na przełomach próbek zahartowanych ocenia się wielkość ziarna przez porównanie z wzorcami. Numer najbardziej zbliżonego wzorca oznacza wielkość ziarna badanej stali w skali Jernkontoret. Odczytując wielkość ziarna, można określić hartowność próbki poprzez porównanie badanego przełomu z przełomami wzorców hartowanych z różnych temperatur.

Skala Jernkontoret: 1-ziarno najgrubsze, 10 -ziarno najdrobniejsze