1

כושר חיסום של פלדות  

1 .

מטרות הניסוי1. 

 

Jomineyלקבוע את כושר החיסום של פלדות באמצעות בדיקת 

 

, Grossman ובדיקת 

 

 .ואת יישומיו ההנדסיים

2. 

 

 .ללמוד את השפעת המסגסגים על כושר חיסום

3. 

 

ללמוד את תהליך הרפית המרטנזיט כ

 

 פונקציה של

 

ה

 

טמפרטורה ו

 

ה

 

 .זמן בפלדות

  

2 .

רקע תיאורט

י

הערת מ

 :בוא

 

"הרקע התיאורטי הנדרש למעבדה זו כולל את הרקע של המעבדה 

 

טיפולים 

 

" תרמיים של פלדות

 

  .ואת הרקע שניתן להלן

 

לאחר שמתקבל

 

( חלק מסוים מפלדה בתהליך פלסטי 

 

)חישול וכדומה

 

,  או בעיבוד שבבי

 

הוא 

 

"מוקשה בדרך כלל ע

 

י תהליך חיסום ב

 

, מים

 

שמן או לא

 

ו

 

ויר

 

. מהטמפרטורה האוסטניטית

 

 פ

 

ני 

 

, השטח של החלק מתקררים במהירות

 

  .אך קצב הקירור בתוך החלק הוא איטי יותר

 

להבדל זה 

 

  :בקצבי בקירור השפעה על שתי תופעות שמתרחשות במהלך הקירור

  

1. 

 

מעבר פאזות

 

 מעבר פאזות מרטנזיטי מתרחש רק כשקצב הקירור 

 

של הפלדה 

 

  .המחוסמת הוא מספיק מהיר

2. 

 

מאמצים מכאניים

 

 הקירור כרוך בשי

 

: נוי נפח משני גורמים

 

מעבר הפאזות מרטנזיטי 

 

, 4%מלווה בגידול נפח של כ

 

  .והקירור מלווה בהתכווצות תרמית

  

 

, פני השטח מתקררים מהר ולכן מתכווצים יותר מליבת החלק

 

 .אשר מתקררת לאט

 

, לכן

 

פני 

 

, השטח יוצרים מאמצי לחיצה בליבת החלק

 

בעוד שהליבה יוצרת מאמצי מתיחה בפני השטח 

)

 

אי

 

). 1ור 

 

לכן תקלות אופייניות לתהליכי חיסום הם עיוותים פלסטיים וסדקים ש

 

מקורם

 

 בפני 

 

  .השטח

2

  

 

: 1איור 

 

  מאמצי לחיצה ומתיחה בדגם מחוסם

  

 

מבחינה מטלורגית דרוש

 

,  להשיג חוזק מרבי בכל נפח החלק המחוסם

 

ויחד עם זאת לצמצם 

 

את סיכויי ההיסדקות במהלך הט

 

יפול התרמי ולצמצם את המאמצים השארתים שיוותרו 

 

  .בחלק לאחר הטיפול

 

, בכדי לשלוט בשתי דרישות מנוגדות אלו

 

. יש להכיר היטב את תכונות החומרים

 

אחת מהן 

 

. היא התכונה הקובעת את העומק והפילוג של הקושי שמתקבל בחיסום של פלדה בקצב נתון

 

). Hardenability(תכונה זו נקראת כושר חיסום 

 

מקובל שהקושי הגבוה הוא תוצאה של 

 

   . מעבר פאזות שלם או חלקי מאוסטניט למרטנזיט

 

  :כושר החיסום נשלט על ידי

  

1. 

תנאי החיסום

 

 התווך אליו מעבירים את החלק מן התנור קובע את קצב פינוי החום מן 

 

. החלק

 

, תווכי החיסום המקובלים

 

: לפי סדר עולה של קצב פינוי החום אליהם הם

 

אווי

 

ר או 

 

, גזים אחרים

 

, שמן

 

, תערובת מים ושמן

 

. מים ותמלחת

 

בכל תווך ניתן להגדיל את קצב 

 

"פינוי החום ע

 

(י ערבול 

 

  ).2טבלה 

2. 

מידות וצורת החלק

 

 חלקים בעלי יחס גדו

 

, ל של שטח פנים לנפח

 

. מתקררים מהר

 

 .חלקים בהם יש שינויים חדים בשטח החתך מתקררים בקצבים שונים ועלולים להיסדק

3. 

סוג

הפלדה

 

" הקושי המקומי נקבע בעיקר ע

 

"י תכולת המרטנזיט וע

 

. י קושי המרטנזיט

 

                 :שתי תכונות אלו תלויות בעיקר בהרכב הפלדה

 

. א

 

תכולת הפחמן

 

  . 2 קובעת את הקושי של הפאזה המרטנזיטית כמתואר באיור 

3

  

 

: 2איור 

 

קושי מקסימאלי כפונקציה ש

 

  . ל ריכוז הפחמן

 

הקושי המקסימאלי מתקבל רק כאשר 

 

100% מתקבל

 

   מרטנזיט

  

 

. ב

 

תכולת המרטנזיט

 

" נקבעת במידה רבה ע

 

י המסגסגים שמשפיעים על היחס בין כמות 

 

(הפאזה המרטנזיטית וכמות הפאזות האחרות 

 

, פריט

 

, צמנטיט

 

, פרליט

 

 )בניט

 

המתקבלות 

 

. בפלדה בעקבות קירור בקצב נתון

 

3איור 

 

,  מדגים

 

TTTבאמצעות דיאגרמת 

 

 של פלדה 

 

0.63 (1061מסוג 

 

0.87,  פחמן

 

)  מנגן

 

0.64 (1060ופלדה מסוג 

 

1.13,  פחמן

 

, ) מנגן

 

. שהמסגסגים הם אמצעי היעיל ביותר להגדיל את כושר החיסום

 

, פחמן

 

, כרום

 

מנגן 

 

ומוליבידן הם המסגסגים העיקריים 

 

המאטים

 

+  את מעבר הפאזות לפריט

 

צמנטיט או לביניט 

)

 

מזיז

 

, )ים את הברך ימינה

 

וגורמים לכך שהאוסטניט יהפוך למרטנזיט גם בקצבי קירור 

 

. איטיים

 

:לתכונה זו חשיבות טכנולוגית גדולה מאוד

 

,  משמעותה

 

שניתן לקרר פלדות 

 

, מסוגסגות באופן מתון יותר מפלדות פחות מסוגסגות ולקבל את אותה דרגת קושי

 

או 

 

לקרר באותו הקצב ולקבל אותה דרגה של קוש

 

. י בחלקים עבים יותר

 

, יתר על כן

 

    .האפשרויות לקרר בקצב מתון מקטינה את הסיכויים לעיוותים ולהיסדקות בעת החיסום

  

 

, כושר החיסום של הפלדות תלוי גם במיקרומבנה

 

, בגודל הגרעין

 

, בהומוגניות האוסטניט

 

ב

 

נוכחות 

 

  .אנקלוזיות וכדומה

4

  

 

: 3איור 

 

דיאגרמו

 

TTTת 

 

,  של שתי פלדות

 

המדגימות את השפעת ריכוז המסגסגים על כושר 

 

. החיסום

 

0.63 (1061הדיאגרמה השמאלית מתארת פלדה מסוג 

 

0.87,  פחמן

 

).  מנגן

 

0.64 (1060הדיאגרמה הימנית מסוג 

 

1.13,  פחמן

 

).  מנגן

 

. הריכוזים הם באחוזים משקליים

 

TTTהעלאת ריכוז המנגן מזיזה את עקומת ה

 

  . ימינה

  

 

שתי שיטות 

 

ה

 

בדיקה 

 

ה

 

תקניות 

 

ה

 

מקובל

 

: ות לקביעת כושר החיסום של פלדות הן

 

שיטת 

Jominey

 

  .Grossman ושיטת 

  

1 .

 

   omineyJשיטת 

 

, דגם בצורה סטנדרטית

 

inch 4אורכו 

 

, inch 1 וקוטרו 

 

מועבר מן התנור למתקן בו מוזרק 

 

(סילון מים על אחד מקצותיו 

 

). 4איור 

 

5איור 

 

 מציג את התפלגות הקושי 

 

  .לאורך הגליל

     

 

: 4איור 

 

מתקן סטנדרטי לבדיקת 

Jominey 

 

 ובמרכזו הדגם לבדיקה

 

: 5איור 

 

Jomineyמתקן בדיקת 

 

 מופיע בחלק 

 

העליון ובחלק 

 

התחתון

 

 מופיע התפלגות הקושי 

 

 .לאורך הגליל

5

 

,לעיתים

 

,  כדי שהבדיקה תהיה חסכונית יותר

 

ותהליך הליטוש יהיה קל יותר 

 

מקטינים את 

 

mm7 ,12 ,18 ממדי הדגמים לקטרים 

 

" מ

 

. mm75100 מ ולאורך של 

 

תנאי החיסום חייבים 

 

. 1להתאים לנתונים בטבלה 

 

עקומות כושר החיסום המתקבלות מהדגמים הקטנים יותר לא 

 

דומות בדי

 

, וק לעקומות של הדגמים הסטנדרטים

 

  .אך הן מספיק קרובות

  

 

: 1טבלה 

 

(דרישות תקניות לדגמי בדיקה לבחינת כושר החיסום 

 

  )mm כל היחידות ב

  

 

 אורך הדגם  

 

 קוטר הדגם  

 

קוטר צינור 

 

 אספקת מים  

 

המרחק מקצה 

 

הצינור לקצה 

 

 הדגם  

 

שיא הגובה של 

 

סילון המים לפני 

 

 הכנסת הדגם  

100  

100  

75  

75   

25  

18  

12  

6   

12.5  

12.5  

6  

3   

12.5  

12.5  

10  

6   

65  

63  

100  

200   

  

 

ק

 

צב הזרימה וטמפרטורת המים קבועים וכן

 

.  גם הטיפול התרמי המקדים לדגם קבוע בתקן

 

(המשתנה היחיד הוא קצב הקירור שמשתנה לאורך הדגם בטווח רחב 

 

  ). 6איור 

  

  

 

: 6איור 

 

תלות קצב הקירור במרחק מהקצ

 

Jomineyה המחוסם של דגם 

 

  .  סטנדרטי

 

עקומה זו כמעט זהה בכל הפלדות

 

( הרגילות 

 

  )ללא תכולת מסגסגים גבוהה במיוחד

  

6

 

, קצה הדגם אשר במגע עם סילון המים מתקרר מהר יותר

 

וקצב הקירור ככל שמתרחקים 

 

. מקצה זה

 

, מוליכות החום והחום הסגולי של פלדות אינם משתנים באופן ניכר עם ההרכב

 

. לכן פילוג קצב הקירור לאורך הגליל הוא למעשה זהה לכל הפלדות

 

קצב קירור זה מתואר 

 

6באיור 

 

 עבור גיאומטריה סטנדר

 

. טית

 

, לאחר החיסום

 

. מודדים את הקושי לאורך הדגם

 

. Jomineyעקומת קושי כפונקציה של המרחק מהקצה אשר במגע עם המים ידועה כעקומת 

 

. 7מספר עקומות כאלה מופיעות באיור 

 

, הציר האופקי הוא המרחק מקצה הדגם

 

וניתן לכיילו 

 

. גם לפי קצב החיסום

 

, סולם זה נתון בציר האופקי העליון

 

ובאמ

 

צעותו תוצאות הניסוי ניתנות 

 

. ליישום לחלקים בעלי צורות אחרות

 

סולם קצבי הקירור מאפשר לקבוע באופן כמותי על

 

 פי 

 

Jomineyעקומת 

 

 של פלדה מסוימת את קצב הקירור הנחוץ לקבלת קושי או תכולת 

 

  .    מרטנזיט רצויה

  

  

 

: 7איור 

 

 6עקומות כושר חיסום של 

 

. פלדות

 

המספרים על כל עקומה מציינים את הרכב 

 

  הפלדה וגודל הגרעינים

  

  

2 .

 

  Grossmanניסוי 

Grossman

 

.  הציע שיטה פשוטה יותר לקביעת כושר החיסום

 

, גליל פלדה

 

inch 2שקוטרו 

 

 

 

, ואורכו לפחות פעמיים הקוטר

 

. מחוסם למים

 

, פילוג הקושי בחתך

 

, באמצע גובה הגליל

 

נקרא 

 

 (Grossmanעקומת 

 

א

 

). 8יור 

 

גם את המרחק לאורך הקוטר ניתן לכייל לקצבי הקירור בכל 

 

נקודה ולהפוך את הניסוי למדידה כמותית ו

 

ה

 

) repeatable(דירה 

 

        של כושר החיסום

)

 

  ).9איור 

7

 

, קצבי הקירור שונים בתווכי חיסום שונים

 

(לכן עומק ההקשיה תלוי בתווך החיסום 

 

). 10איור 

 

"מגדירים לכל תווך את 

 

חומ

 

, Severity (H" (רת החיסום

 

שהוא היחס בין קוטר דגם שהופך 

 

, כולו למרטנזיט בתווך

 

. לקוטר דגם שהופך כולו למרטנזיט בחיסום במים

 

Hערכי 

 

 בטווחים 

 

  .  2שונים נתונה בטבלה 

  

 

: 2טבלה 

 

Hהמקדם 

 

   או קצב החיסום בנוזלים שונים

    

  

  

    

  

  

  

  

  

  

  

 

: 8איור 

 

Grossmanעקומת 

 

 לקביעת כושר 

 

, החיסום במרכז גליל פדה

 

לאחר קצבי 

 

 חיסום שונים

 

א

 

: 9יור 

 

הצגה סכמתי

 

ת של מידת ההקשיה במוטות 

 

שחוסמו במים וב

 

. שמן

 

השטח המקווקו לא 

 

, התקשה

 

כשגבול הקשיה מוגדר כמקום בו נותר 

 

50%רק 

 

  מהמרטנזיט

8

  

 

: 10איור 

 

, הקשר בין קצב הקירור

 

Jomineyמרחק מקצה דגם 

 

 וקוטר 

 

ו

 

מיקום לאורך קוטר של 

 

Grossmanדגם גלילי מחוסם בשיטת 

 

   בפלדות מחוסמות לשמן ולמים

  

3 .

הציוד הדרוש לניסוי

 

1040שני דגמים 

 

4340 ושני דגמים 

 

4140 או 

 

Jominey לבדיקת 

 

Grossman  ו

 

 ושישה 

 

1060דגמי נגיפה מפלדה 

 

1070 או 

 

5. 1080 או 

 

 תנורים אשר ניתן להעלות 

 

בהם את 

 

הטמפרטורה

 

. CO1000 עד 

 

, מיכל לחיסום המכיל מים

 

אמולסיה או שמ

 

. ן

 

מלקחיים להוצאת 

 

, דגמים מהתנור

 

 , Jomineyערכת קירור 

 

מסור 

 

, חיתוך

 

,נייר ליטוש

 

 מכשיר לבדיקת ק

 

ושי 

 

 , Rocwell Cבשיטת 

 

מכשיר נגיפה ו

 

  .מיקרוסקופ אופטי

  

  

  

  

  

9

4 .

מהלך הניסוי4.1 

 

  omineyJניסוי 

1 .

 

1040הכנס דגם 

 

4340 ודגם 

 

4140 או 

 

CO850 לתנור בטמפרטורה 

 

30  ל

 

  . דקות

2 .

 

, Jomineyפתח את המים בערכת 

 

כך שגובה המים יהיה כזה שיגע בקצה הדגם

 

 בעת 

 

שהדגם מ

 

  .ונח במקומו

3.

 

 הו

 

צא דגם ראשון בעזרת מלקחיים ומקם אותו

 

  .Jominey במהירות בקדח שבערכת 

4 .

 

הוצא דגם שני בעזרת מלקחיים ומקם אותו 

 

    .Jomineyבמהירות בקדח שבערכת 

5 .

 

, לטש מעט את הדגמים לאורכם

 

בכדי להוריד תחמוצות מהטיפול התרמי וכדי לישר את 

 

.Rocwell Cפני השטח לבדיקת 

 

.  מדוד את הקושי כפונקציה של המרחק מהקצה המחוסם

 

inch ב

 

3mm הראשון בצע בדיקות קושי כל 

 

. 5mm ולשארית הדגם בצע בדיקת קושי כל 

 

  :רכז את התוצאות בטבלה

  

 

 פלדת פחמן  

 

 פלדה דלת נתך  

 

 )mm(מרחק   

 

 קושי  

 

 )mm(מרחק   

 

 קושי  

            

  

  

4.2 

 

  Grossmanניסוי 

1 .

 

1040הכנס דגם 

 

4340 ודגם 

 

4140 או 

 

CO850 לתנור בטמפרטורה 

 

30  ל

 

  . דקות

2 .

 

הוצא את 

 

שני הדגמים בעזרת מלקחיים וחסם אותם במים או ב

 

אמולסיה או 

 

ב

 

  .שמן

3 .

 

  .חתוך את הדגמים לרוחבם

4 .

 

 Rocwell Cבצע בדיקות קושי

 

 לאורך הטור ורכז את התוצאות בטבלה זהה לזו 

 

ש

 

בסעיף

 

 

 

  .4.1 הקודם 

  

5 .

שאלות לד

"ו

ח מכין1 .

 

אילו 

 

?  שתי תופעות מתרחשות בעת חיסום פלדות

 

  ? איזו מהן רצויה ואיזו אינה רצויה

2 .

 

. הגדר כושר חיסום

 

  ?אילו שלושה גורמים משפיעים עליו

3 .

 

צייר סכמתית את התפתחות פרופיל הטמפרטורה בגליל דק ובגליל עבה מהרגע 

 

  .שהושלכו למים ועד שהגיעו לטמפרטורת המים

4 .

 

 צייר

 

באופן סכימטי את פרופיל

 

 הקושי של מוט פ

 

לדה עבה שחוסם ב

 

מים ו

 

פרופיל למוט 

 

. שחוסם בשמן

 

הגדר קוטר קריטי 

 

 לחיסום והערך אותו על

 

  .פי הדיאגראמות שציירת

  

  

10

6 .

"הנחיות לדו

ח מסכם1 .

 

Jomineyשרטט עקומות 

 

Grossman  ו

 

.  לכל הדגמים שבדקת

 

כייל את העקומות לפי 

 

  .קצב הקירור

2 .

 

האם

 

Jominey תוצאות הניסויים של 

 

Grossman  ו

 

 מודדות תכונות מוחלטות של פלדות 

 

או שהן מתארות רק את הניסויים ה

 

ללו

 

  ? בלבד

3 .

 

  .הסק מהי השפעת המסגסגים על כושר החיסום של פלדות

4 .

 

 50Rc בחר חומר ותהליך חיסום כדי לקבל קושי גבוה מ

 

5mm בשכבה שעובייה 

 

 בלבד 

 

, בפני השטח

 

וקושי נ

 

  .מוך יותר בעומק החומר

5 .

 

  ?מהי לדעתך השפעת גודל הגרעינים על כושר החיסום

6 .

 

צייר את כל 

 

 תוצאות ניסויי ההרפיה בדיאגרמת קושי

 

 טמפרטורה ובדיאגרמת אנרגיית 

 

 נגיפה

 

  . טמפרטורה

7 .

 

(T(20+logtמדוע פרמטר 

 

  ?  מתאר את תלות הקושי בטמפרטורה ובזמן ההרפיה

 

  

7 .

רשימת

מקורות

1. Keyser, C.A., Materials Science in Engineering, pp.178182, Columbus, 

Ohio, (1968). 

2. Van Vlack, L.H., Elements of Materials Science, 2ndEd., 11, pp.320325, 

AddisonWesley, (1964). 

3. Metals Handbook, 10thEd., Vol.4, pp.67120 and 268285, American 

Society for Metals, Metals Park, Ohio, (1991). 

4. R.E Smallman and R.J Bishop “Modern Physical Metallurgy and Materials 

    Engineering” Heinemann a division of Reed educational and professional  

    publishing Ltd, Sixth edition (1999).