Preizkušanje kaljivosti

Po kaljenju imajo jekla kaljeno mikrostrukturo, ki je lahko dosežena:

  • po celotnem prerezu preizkušanca
  • ali le do določene globine izdelka.

Glede na to govorimo o globini zakaljene plasti oziroma o prekaljivosti. Prekaljivost je razdalja od površine do tistega mesta, kjer ima jeklo mikrostrukturo sestavljeno iz 50 % martenzita in 50 % perlita ali katere druge mikrostrukturne sestavine.

Izdelek se prekali v primeru, ko je v sredini izdelka ohlajevalna hitrost večja od kritične ohlajevalne hitrosti za preizkušano jeklo. Tako dobimo med postopkom toplotne obdelave martenzit tudi na sredini izdelka.

 

Kaljivost jekla določujeta:

  • navečja trdota dobljena med kaljenjem
  • in dosežena kalilna globina po prerezu izdelka ob ustreznih ohlajevalnih razmerah.

 

Na trdoto jekla po kaljenju vpliva ogljik, ki se na kalilni temperaturi raztopi v avstenitu. Zlitinski elementi pa nimajo na trdoto posebnega vpliva.

Za nelegirana jekla je značilno, da kale zelo plitvo in čez ves prerez le pri majhnih premerih. Da se jeklu poveča prekaljivost, vsebuje zlitinske elemente.

Prekaljivost povečujejo vsi zlitinski elementi, ki so raztopljeni v avstenitu (mangan, silicij, krom, molibden, volfram, nikelj), razen kobalta. Zmanjšujejo pa jo aluminij, titan in vanadij. To so elementi, ki zmanjšujejo avstenitno zrno in povzročajo nastanek spojin, kot so karbidi (TiC, VC) ali nitridi (AlN), ki so izločeni v osnovni mikrostrukturi.

 

Postopki preizkušanja prekaljivosti

Globino zakaljene plasti lahko določimo z izdelavo vzorcev za pregled pod mikroskopom. Poleg tega se lahko prekaljivost preizkuša s postopkom preizkušanja po Grossmannu in po Jominyju.

 

Preizkušanje po Grossmannu

Za izvajanje preizkusa po Grossmannu je potrebno izdelati valjaste preizkušance, na katerih merimo trdoto po prerezu. S pomočjo diagrama določimo minimalno trdoto materiala oziroma ugotovimo kritično trdoto za preizkušano, kaljeno jeklo. To je tisto trdoto, pri kateri znaša na izmerjenem mestu delež martenzita 50 %, kar zadostuje pogoju, ko govorimo, do katere globine je preizkušanec zakaljen. Na spodnji sliki je prikazana najnižja in navišja trdota, če vsebuje jeklo 0,7 % C.

Pri preizkušanju kaljivosti po Grossmannu se torej določa:

  • ostrino kaljenja H uporabljenega sredstva,
  • kritični premer DK za uporabljeno kalilno sredstvo
  • in idealni kritični premer DI.

Kritični premer DK je premer valjastega preizkušanca, pri katerem jeklo po kaljenju v določenem sredstvu doseže točno v jedru kritično trdoto oziroma 50 % martenzita. Na levi sliki je shematsko prikazan DK za preizkušanec premera 70 mm in je označen z modro barvo. Tako dobimo po končanem kaljenju zakaljeni in nezakaljeni del (desna slika).

Na osnovi zakaljene in nezakaljene plasti se ob znani ostrini kaljenja H določi kritični premer DK, s pomočjo njega pa se izračuna idealni kritični premer DI.

Idealni kritični premer DI, pa je po Grossmannu tisti premer, kjer bi jeklo po kaljenju v kalilnem sredstvu z neskončno veliko ostrino hlajenja doseglo točno v jedru vzorca kritično trdoto. Ta pa bi imela v mikrostrukturi izločenega 50 % martenzita.

 

Preizkušanje kaljivosti po Jominyju

Za preizkušanje kaljivosti po Jominyju se pripravi cilindrične preizkušance (spodnja leva slika) določenih dimenzij, ki se jih najprej segreje na kalilno temperaturo. Nato se jih ohlaja v posebni napravi. Ta omogoča ohlajanje čelne ploskve preizkušanca. Hlajenje poteka z vodo in traja najmanj 10 minut. Tako ohlajen preizkušanec se nato na dveh vzdolžnih straneh obrusi. Sledi merjenje trdote v določenih razdaljah od čelne ploskve. Dobljene rezultate se vnese v tabelo in nariše diagram. Glede na izmerjeno trdoto se ugotovi kritična trdota (spodnja desna slika) in s pomočjo nje mejna oddaljenost od kaljene površine. Ob poznani oddaljenosti od hlajene ploskve in ostrini kaljenja določimo kritični DK in idealni premer DI izdelka. To je premer, ko bo še zadovoljiv delež martenzita v mikrostrukturi po kaljenju.

Na spodnji sliki se opazi potek ohlajanja preizkušanca po metodi Jominyju.

 

 

Pasovi garantirane kaljivosti

Kaljivost jekla je odvisna od tehnoloških pogojev izdelave jekla. Zato se jekla z enako kemično sestavo med seboj lahko razlikujejo po tehnoloških, mehanskih in fizikalnih lastnostih. Zaradi zahtev kupcev, da proizvajalci jekel proizvajajo jekla z zajamčeno kaljivostjo, torej sposobnostjo kaljivosti jekla v določenih mejah, so se na zahtevo tržišča odzvale ameriške jeklarne. Za svoja jekla so zagotovile garantirano kaljivost, ki so jo določili na osnovi meritev trdot po jominyjevem preizkusu. Na osnovi več preizkusov so za posamezno vrsto jekla določili pasove kaljivosti (To je najnižje in najvišje vrednosti trdot po kaljenju za posamezno vrsto jekla.). Pasovi kaljivosti so postali prevzemni kriterij za uporabnika, saj je tako kupec seznanjen z garantiranim območjem kaljivosti za posamezno vrsto jekla. Kot prevzemni pogoj pasov garantirane kaljivosti nudi svojim kupcem tudi naša jeklarna »Metal Ravne« (prej Železarna Ravne) že od leta 1960.

Pas garantirane kaljivosti je torej kriterij za:

  • kontrolo kakovosti pri proizvajalcu jekla,
  • kakovostni prevzem jekla za kupca
  • in je hkrati vodilo pri izbiri jekla.

Z razvojem in uvajanjem novih tehnologij izdelave jeklene litine se je spreminjala tudi oblika pasov garantirane kaljivosti, njihova širina pa je pri različnih jeklih različna. Močno je odvisna od razdalje od kaljenega roba (čela) preizkušanca.

Preverimo svoje znanje
Ikona poučevalne enote Vpisovanje manjkajočih besed

Kaljivost jekla določujeta:

  • dobljena med kaljenjem,
  • in dosežena po prerezu izdelka ob ustreznih ohlajevalnih razmerah.
  

Več - izbirno
Postopki preizkušanja prekaljivosti so:
a) penetrantski preizkus.
b) mikrostrukturni preizkus.
c) preizkus po Grossmannu.
d) preizkus po Jomyniju.



Ikona poučevalne enote Vpisovanje manjkajočih besed

Pas garantirane kaljivosti je torej za:

  • pri proizvajalcu jekla,
  • jekla za kupca
  • in je hkrati pri izbiri jekla.