Vežba broj 12 ISPITIVANJE PROKALJIVOSTI ČELIKA Pod prokaljivošću čelika podrazumeva se sposobnost čelika da se okali do odredene dubine. Kako se pri izvođenju kaljenja ne može ostvariti ista brzina hladenja površinskog sloja i jezgra predmeta obrade, to se ne može dobiti ista tvrdoća po celokupnoj zapremini.

Površinski sloj u toku kaljenja se intenzivno hladi, tako da je brzina hladenja veća od kritične brzi ne hlađenja, pa se u toj zoni dobija martenzitna struktura odnosno najveća tvrdoća dela.

Počev od površinskog sloja prema jezgru dela smanjuje se intenzitet hlađenja, odnosno brzina hlađenja opada. Na nekoj dubini od površinskog sloja, koja je određena kritičnim prečnikom Dk, brzina hladenja dobija vrednosti kritične brzine hladenja Vk, odnosno intenzitet hlađenja je takav da kriva hladenja tangira krivu početka transformacije u dijagramu izotermalne transformacije. Jezgro predmeta obrade hladi se sa intenzitetom koji ne obezbeduje dobijanje martenzitne strukture, odnosno kriva hlađenja zadire u deo dijagrama izoter-malne transformacije i nastaje bejnitna ili perlitna struktura.

Faktori koji imaju najveći uticaj na dubinu okaljene zone odnosno kritičnu brzinu hlađenja su: • hemijski sastav, • homogenost i veličina austenitnog zrna, • temperatura austenitizacije, • prisustvo nerastvorenih karbida i nemetalnih uključaka i • način izrade čelika i njegova predhodna obrada. Svi faktori koji utiču na smanjenje kritične brzine hlađenja obezbeđuju dobijanje martenzitne strukture po većoj dubini predmeta obrade. Najveći uticaj svakako imaju prisutni legirajući elementi, posebno hrom, molibden, kobalt i dr. Za određivanje dubine okaljene zone, odnosno dubine prokaljivosti, u praksi se koriste tri metode, i to:

• metoda čeonog hlađenja - Džomini metoda (Jominy metoda) – JUS C.A2.051 i • metoda svestranog kaljenja Grosman metoda

Kod pomenutih metoda kao merilo prokaljivosti usvaja se dubina otvrdnjavanja, tj. Odstojanje od hlađene površine do mesta sa kritičnom tvrdoćom, odnosno mesta sa tvrdoćom 50% martenzitne strukture za dati čelik. Veličina ove kritične tvrdoće zavisna je prvenstveno od sadržaja ugljenika.

1ISPITIVANJE PROKALJIVOSTI ČELIKA PO DŽOMINI METODI

Ispitivanje prokaljivosti čelika po Džomini-u omogućava da se ustanovi promena tvrdoće po dubini posle čeonog hladjenja i da se na osnovu tih promena donese zaključak o pogodnosti čelika za termičku obradu kaljenjem.

Uzimanje uzoraka i dimenzije epruveta

Uzorak iz koga se izradjuje epruveta za ispitivanje prokaljivosti mora biti normalizovan. Ako je uzorak znatno većih dimenzija, onda se kovanjem dovodi na mere bliske prečniku epruvete, a posle normalizacije obradjuje se na završne mere.

Režim toplotne obrade za ispitivanje prokaljivosti

Oblik i dimenzije normalne epruvete date su na sledećoj slici (pod a). U slučaju da nema dovoljno materijala rade se epruvete bez ogrlica ili mikro epruvete (pod d), a za ispitivanje čelika slabe prokaljivosti se koriste epruvete pod b i c. Rezultati ispitivanja dobijeni na različitim epruvetama ne mogu se uporedjivati.

Epruvete za ispitivanje prokaljivosti Džomini metodom

Us1ovi i tok ispitivanja

• Epruveta sa kojom se vrši ispitivanje mora imati oblik, mere i kvalitete obrade prema crtežu. Čeona površina mora biti polirana, dok ivice čeone površine moraju ostati oštre.

• Zagrevanje epruvete mora se izvršiti u neutralnoj atmosferi. U nedostatku iste, koristi se zastitna kutija sa ili bez poklopca, u koju se stavlja malo materijala bogatog ugljenikom (npr.: opiljci sivog liva, grafit, koks i sl.).

2

Zaštitna kutija i električna peć za zagrevanje epruvete

• Zagrevanje epruvete vrši se u pećima iz kojih se epruveta može lako i brzo izvaditi. Peći moraju da su takve električne snage,da se epruveta zagreje do temperature kaljenja najviše za 40 min. sa tačnošću regulacije temperature ± 5°C.

• Po isteku trajanja vremena zagrevanja na temperaturi kaljenja od 30 min. epruveta se prenosi do uredjaja za čeono hladjenje. Uredjaj treba da je blizu peći, da temperatura kaljenja ne padne ispod kritične temperature.

Šema i izgled uredjaja za hladjenje vodom

Izgled različitih konstrukcija uređaja za ispitivanje prokaljivosti Džomini metodom

• Epruveta se izvadi iz zaštitne kutije i postavi na nosač epruvete uredjaja za hladjenje i odmah započne sa hladjenjem punim mlazom vode (vreme prenošenja do početka hladjenja do 5 sek.).

• Epruveta se hladi u vremenu od 10 min. mlazom vode, temperature 5-30 °C, koji ističe iz mlaznice prečnika 12,5 mm, a čija se osa podudara sa osom epruvete - tako da mlaz koji ističe iz mlaznice kvasi epruvetu samo po čelu, dok je po obodu ne sme kvasiti.

• Po isteku vremena hladjenja prekida se tok vode iz mlaznice; epruveta se brzo vadi iz nosača i naglo potapa u

3

kadu sa vodom, koja u sebi sadrži 5-10% kuhinjske soli. • Pritisak mlaza vode, koja ističe iz mlaznice, odredjen je visinom slobodnog isticanja mlaza vode na uredjaju

bez epruvete u granicama od 60 do 70 mm. • Po završenom hladjenju epruveta se brusi, tako da se dobiju dve medjueobno paralelne površine, a zatim se po

njima meri tvrdoca posle prethodne provere kvaliteta brušenja. • Provera kvaliteta brušenja, tj. eventualnog lokalnog zagrevanja, vrši se slabim nagrizanjem obrušene površine

5% rastvorom azotne kiseline. Tamnija mesta svedoče o otpuštanju materijala, pa se na istoj epruveti pažljivije bruse nove površine.

- Na ispravno brušenim površinama meri se tok promene tvrdoće, po metodi Vikers ili Rokvel C, duž jedne izvodnice i to za prvih 8 tačaka na odstojanju 2 mm, a nadalje na odstojanju 4 mm. Tvrdoća se može meriti na više obrušenih površina jedne epruvete.

Pri merenju tvrdoce položaj svake tačke mora biti tačno odredjen, u podužnom i poprečnom pravcu, što se ponekad obezbedjuje korišćenjem uredjaja za pomeranje epruvete.

- Rezultati merenja tvrdoće se unose tabelarno u izveštaj o ispitivanju kao i u dijagram veličine tvrdoće - odstojanje od čela. Dubina prokaljivosti određuje se na osnovu dijagrama zavisnosti tvrdoće čelika od sadržaja ugljenika, i prenošenjem kritične tvrdoće na krivu prokaljivosti.

Određivanje dubine okaljene zone Džomini metodom

Krive prokaljivosti za različite čelike

4

ISPITIVANJE PROKALJIVOSTI ČELIKA PO GROSMAN METODI Metoda svestranog kaljenja - Grosman metoda sastoji se u praćenju promene tvrdoće po prečniku probnog uzorka oblika valjka, čija je dužina jednaka dostrukom prečniku.

Probni uzorak za Grosman metodu mesta merenja tvrdoće

Uslovi ispitivanja po ovoj metodi su indentični uslovima termičkog tretmana predmeta obrade, što je veoma pozitivna strana metode.

Dk

Određivanje kritičnog prečnika kaljenja Grosman metodom

Posle kaljenja valjak se preseca na dva dela i jedna od presečenih površina priprema za ispitivanje tvrdoće. Tvrdoća se odreduje statičkom metodem Rokvel C ili Vikers metodom na medjusobnom odstojanju od 2-3

mm duž prečnika, a dobijeni rezultati se sreduju u dijagram, koji poprima karakterističan oblik, zbog čega se u praksi naziva "dijagram lale". Pod dubinom okaljene zone podrazumeva se samo zona sa 50% martenzitne strukture. Kako na tvrdoću okaljenog čelika najveći uticaj ima sadržaj ugljenika u čeliku, to se u praksi ne koristi navedeni metalografski kriterijum, već kriterijum kritične tvdoće određene na osnovu poznatog dijagrama zavisnosti okaljene strukture od sadržaja ugljenika. Na osnovu izmerene tvrdoće po prečniku po metodi svestranog kaljenja odreduje se kritični prečnik Dk koji ukazuje na prokaljivost čelika. “Dijagram lale”

5

ODREĐIVANJE KRITIČNIH TEMPERATURA AC1 i AC3 METODOM PROBNOG KALJENJA

15 mm

8-10

mm

Raspored temperatura probnog kaljenja Epruvete za određivanje AC1 i AC3

Kritične tačke čelika karakterišu linije dijagrama Fe-Fe3C, i to: linija PSK - kritična tačka - temperatura AC1, linija GS - kritična tačka - temperatura AC3

Temperatura zagrevanja za žarenje, kaljenje i normalizaciju ugljeničnih pod- i eutektoidnih čelika se odredjuje prema katalozima za dati kvalitet, a u nedostatku istih se odredjuje orijentaciono na osnovu kritičnih -tačaka dijagrama Fe-Fe3C, odnosno ovom metodom. Metoda kaljenja probnih uzoraka se zasniva na kaljenju u vodi više istih uzoraka ispitivanog čelika sa različitih temperatura kaljenja, a pri istim ostalim uslovima.

Uslovi i tok ispitivanja • Uzorci sa kojima se vrši ispitivanje su epruvete, prečnika d = 15 mm i visine h = 8-10 mm, izradjeni od

ispitivanog čelika i označeni brojevima. • Najniža temperatura zagrevanja uzorka je znatno ispod pretpostavljene temperature AC1, a najviša temperatura

zagrevanja je iznad pretpostavljene tačke AC3. • Razlika temperature zagrevanja uzorka iznosi 15-25°C, ili više. • Vreme trajanja zagrevanja na temperaturi zagrevanja uzorka je 1 min. za svaki 1 mm prečnika. • Kaljenje uzoraka se vrši u vodi iste temperature i pri istim uslovima pomeranja uzorka pri kaljenju. • Treba vršiti kaljenje najmanje 2 uzorka pri jednoj temperaturi zagrevanja. • Po završenom kaljenju se uzorci pripreme za merenje tvrdoće. Na osnovu izmerenih veličina tvrdoće se crta

dijagram promena tvrdoće zavisno od temperature kaljenja. • Na osnovu nacrtane krive odredjuju se kritične tačke AC1 i AC3 i to na sledeći način: a) Kritična tačka AC1 odredjuje se kao početak porasta tvrdoće. b) Kritična tačka AC3 odredjuje se kao kraj porasta tvrdoce. Na svim uzorcima kaljenih sa različitih temperatura ispituje se mikrostruktura.

Primer: Ispitivanje čelika sa 0,35-0,45% ugljenika, odnosno odredjivanje temperatura AC1 i AC3.

6

Mašinski fakultet u Kragujevcu

Predmet: Mašinski materijali – Laboratorijske vežbe Student: _______________________________

Br. indeksa: ____________ Grupa: __________

IZVEŠTAJ O ISPITIVANJU PROKALJIVOSTI – Džomini metoda Vežba br. 9

Vrsta materijala koji se ispituje:

__Legirani čelik______ Oznaka materijala: __Č4732______

Skica epruvete

Zaštita epruvete pri zagrevanju

USLOVI ISPITIVANJA

Hemijski sastav čelika C Mn Si Cr Ni Mo V

0.40 0.63 0.40 1.10 - 0.21 -

Izvršena termička obrada

TO T, °C Vreme zagrevanje

Vreme progrevanje

Sredstvo za hlađenje

Normalizacija 870 - 30 min vazduh

Ispitivanje prema standardu: JUS C.A2.051

Uređaj za kaljenje Temperatura vode za kaljenje: sobnaVisina slobodnog mlaza: 65 ± 10 mmOdstojanje otvora od čela: 12 ± 1 mm Vreme prenošenja epruvete od peći do uređaja: manje od 5 sVrema dejstva mlaza: 10 min

Kaljenje 840 40 min 30 min voda

IZMERENE TVRDOĆE Odstojanje od čela, mm 2 4 6 8 10 12 14 16 20 24 28 32

Tvrdoća, HV

Tvrdoća, HRC

Dijagram prokaljivosti

Overa:

Kritična dubina kaljenja: hk = _________ mm Datum:

7

8