Jominiho zkouška prokalitelnosti
Zakalitelnost je schopnost materiálu při ochlazování nad kritickou rychlost přejít a setrvat v metastabilním stavu, tj. u ocelí získat martenzitickou strukturu. Protože obvykle se bere tvrdost jako měřítko kaleného stavu, je zakalitelnost dána maximální tvrdostí povrchu výrobku. Prokalitelností se rozumí schopnost oceli dosáhnout při kalení tvrdosti (martenzitické struktury) do určité hloubky pod povrch výrobku. Za prokalenou se obvykle považuje vrstva, která má tvrdost odpovídající struktuře o minimálně 50 % martenzitu.
Schéma čelní zkoušky prokalitelnosti - Jominiho zkouška
Prokalitelnost závislá na vnitřních činitelích daných typem oceli. Ocel sama ovlivňuje přeměnu austenitu a tím i prokalitelnost svým chemickým složením austenitu, tj. obsahem uhlíku a přítomností legujících prvků. Dále je závislá na homogenitě austenitu, tj. na stupni koncentrace rozpuštěného uhlíku a ostatních prvků a na množství nerozpuštěných částí karbidů v okamžiku kalení. Na prokalitelnost má ještě značný vliv velikost austenitického zrna. Čím bude zrno jemnější, tím bude vyšší kritická rychlost a naopak. Avšak druhého způsobu zvyšování prokalitelnosti nadměrným zvětšením zrna vede k výraznému zhoršení mechanických vlastností, zejména vrubové houževnatosti. Vnější činitelé: kalící teplota doba setrvání na této teplotě (vliv na množství nerozpuštěných karbidů a stejnorodost austenitizace i na velikost austenitického zrna při kalení). ochlazovací prostředí, stav povrchu oceli a rozměr i tvar kaleného výrobku.
Pás prokalitelnosti
Jominiho zkouška prokalitelnosti spočívá v ochlazování přímo z kalící teploty. Ohřátý vzorek je uchycen v přípravku, tak aby na čelo vzorku mohla ze spodní části stále proudit voda o tlaku asi 65 ± 10 mm vodního sloupce. Do doby než je vzorek na svém místě v přípravku, proudu vody brání clona, která se poté odstraní. Tím dochází k prudkému ochlazení čela a postupnému chladnutí vzorku od čela až k hlavě, za kterou je vzorek uchycen.
Přípravek pro Jominyho zkoušku prokalitelnosti /1zkušební těleso, 2-držák, 3-trubka přívodu vody, 4-ventil, 5-clona, 6-detail předepsané výšky vodního proudu/
Po zakalení se na vzorkách provede vybroušení v podélné ose do hloubky 0,5 mm, pro vytvoření plošky na měření tvrdosti a event. odstranění povrchového oduhličení. Broušení se obvykle provádí za současného chlazení vodou, aby nedošlo k lokálnímu tepelnému ovlivnění struktury materiálu, a tím ke změně vlastností, např. při popouštění. Na vzorku se následně provede vlastní měření tvrdosti na obou vytvořených ploškách.
Podle obsahu uhlíku ve zkoušené oceli se z diagramu zjistí tvrdost odpovídající struktuře s 50 % martenzitu. Pak se na křivce prokalitelnosti získané Jominiho zkouškou najde vzdálenost od čela vzorku, ve které je stejná tvrdost
Z křivky E (50 % martenzitu) byla určena pro 0,5 %C odpovídající tvrdost. Tato hodnota je přibližně 48 HRC.
Závislost tvrdosti struktury na obsahu uhlíku
Příklad Jominiho zkoušky pro ocel ČSN 12 050
Vzorek byl tepelně zpracován, kalen v kalícím pouzdře s kousky dřevěného uhlí, aby nedošlo k oduhličení materiálu. Byl ohřán na teplotu 850°C nejvyšší možnou rychlostí pece, poté následovala výdrž na této teplotě 30 min.
Mikrostruktura nejbližší čelu je takřka čistě martenzitická. Tato oblast sahá do vzdálenosti asi 2,5 mm a vyznačuje se nejvyšší tvrdostí. Mikrostruktura neobsahuje podíl proeutektoidního feritu, což svědčí o správnosti kalící teploty. Této struktury se dosahuje vysokou rychlostí chladnutí, k čemuž na čele vzorku dochází. Tvrdost je v této oblasti naměřena od 66 – 56 HRC.
Martenzitická mikrostruktura
V oblasti 2,5 - 3,5 mm od čela se nachází oblast mezi čistě martenzitickou oblastí a strukturou feriticko - perlitickou. Pásmo je dost úzké, ale přesto v něm dochází k výraznému poklesu tvrdosti. Původní austenitická zrna ohraničena troostitickým síťovím, které se na světlejším martenzitu zobrazují tmavěji. S přibývajícím množstvím troostitu klesá tvrdost. Tato struktura se vyznačuje u tohoto typu oceli tvrdostí asi 56 – 45 HRC.
Struktura martenzitu s tmavším troostitickým síťovím
Oblast do vzdálenosti 38 mm od čela. Zpočátku (při vyšších rychlostech ochlazování) dochází k ohraničení feritickým síťovím původního austenitického zrna. Se zvyšující se vzdáleností od čela pak přibývá množství feritu. Toto pásmo je velmi rozsáhlé; zvětšující se množství feritu a zvýšení hrubosti (mezilamelární vzdálenosti) perlitu zapříčiňuje i stálý pokles tvrdosti. Tvrdost se pohybuje v rozmezí 45 – 26 HRC.
Feriticko-perlitická mikrostrukutra
Vzdálenost od 38 mm od čela do konce vzorku. Stálá tvrdost - 20 HRC. Množství feritu a morfologie jeho vyloučení způsobuje, že není dobře patrné původní austenitické zrno oceli. Jedná se o mikrostrukturu, která u tohoto typu ocelí vzniká např. normalizačním žíháním.
Feriticko-perlitická mikrostruktura
