آزمون جامینی

آزمون جامینی چیست

آشناترین و متداول ترین روش برای ارزیابی سختی پذیری فولاد، آزمون جامینی (ASTM A 255) است. در این آزمایش، یک نوار به طول 100 میلی‌متر (4 اینچ) با قطر 25 میلی‌متر (1 اینچ) در دمای مناسب برای آلیاژ آستنیته می‌شود، در یک فیکسچر انداخته می‌شود و یک انتهای آن به سرعت با دمای 27 درجه سانتی‌گراد (80 درجه سانتی‌گراد) خنک می‌شود. و طیفی از منحنی‌های خنک‌کننده را با نرخ خنک‌سازی تدریجی کم تر با افزایش فاصله از سطح کوئنچ شده با آب ایجاد می‌کند. پس از سرد شدن تا دمای اتاق، اندازه گیری سختی در فواصل 1.6 میلی متر (16/1 اینچ) در طول میله انجام می شود.

این فرآیند مقادیر سختی مرتبط با موقعیت های مختلف روی میله را ارائه می دهد که با سرعت های مختلف خنک می شوند. به طور کلی، آزمون  داده های معتبری را در مورد فولادهایی با قطر ایده آل در محدوده 25 تا 150 میلی متر (1 تا 6 اینچ) ارائه می دهد. DI می تواند کمتر از 25 میلی متر (1 اینچ) باشد، اما این معمولاً مستلزم آن است که خوانش های سختی ویکرز به انتهای کوئنچ شده میله نزدیک تر و نزدیک تر از آنچه که با استفاده از تجهیزات استاندارد اندازه گیری سختی راکول امکان پذیر است گرفته شود.

داده های ترکیبی برای فولاد AISI 4130 آستنیته شده و کوئنچ شده از 855 درجه سانتیگراد (1575 درجه فارنهایت) در شکل زیر نشان داده شده است. این فولاد حاوی 0.29٪ C، 0.25٪ Si، 0.55٪ منگنز، 0.16٪ Ni، 1.02٪ C درصد مولیبدن و 0.15 درصد مس و قطر بحرانی ایده آل محاسبه شده 68.3 میلی متر (2.69 اینچ) بود. قطر بحرانی ایده آل (DI) قطر میله ای است که می تواند تا 50% مارتنزیت در مرکز کوئنچ شود ( زمانی که کوئنچی به اندازه کافی شدید باشد که سرعت حذف گرما توسط انتشار حرارتی فلز کنترل شود و نه توسط گرمای سطح  و نرخ انتقال).

منحنی های شکل بالا توزیع سختی محاسبه شده را نشان می دهند. منحنی پایین نشان دهنده توزیع سختی محاسبه شده با فرض قرار گرفتن تمام عناصر در انتهای پایین محدوده ترکیب مجاز است و منحنی بالا نشان دهنده توزیع سختی محاسبه شده است اگر همه عناصر در انتهای بالای محدوده قرار گیرند. منحنی میانی توزیع سختی محاسبه شده را برای نمونه فولاد 4130 نشان می دهد. ستاره ها  مقادیر سختی اندازه گیری شده را پس از پایان کوئنچ کردن نشان می دهند.

این نمایش داده های سختی را به عنوان تابعی از فاصله از انتهای میله کوئنچ شده با آب ارائه می دهد که به سرعت خنک شدن و سختی پذیری آلیاژ مربوط می شود. سختی در انتهای آب میله باید با حداکثر سختی قابل دستیابی در فولاد بر اساس غلظت کربن مطابقت داشته باشد. سختی معمولاً با افزایش فاصله از انتهای کوئنچ شده کاهش می یابد. فولادها با سختی پذیری پایین نسبتاً به سرعت سختی خود را کاهش می دهند. فولادهایی که سختی پذیری بالاتری دارند با سرعت کمتری افت می کنند زیرا فولادهایی با سختی بالاتر می توانند سختی خود را با سرعت خنک کنندگی کمتر حفظ کنند.

برای مثال، نرخ خنک‌سازی 1.6 میلی‌متر از انتهای میله حدود 270 درجه سانتی‌گراد در ثانیه (490 درجه فارنهایت بر ثانیه) تا 700 درجه سانتی‌گراد (1290 درجه فارنهایت) گزارش شده است، و این خنک‌سازی با سختی HRC 52 در این فولاد مرتبط است.

نرخ خنک کننده، به عنوان تابعی از فاصله از انتهای کوئنچ شده، تقریبی است و با رسانایی و محصولات تبدیل آلیاژ خاصی که کوئنچ می شود، متفاوت است. نرخ خنک کننده در دمای 705 درجه سانتی گراد (1300 درجه فارنهایت) نمی توانند به طور قابل اعتمادی برای پیش بینی سختی در فولادهای کربنی و کم آلیاژ استفاده شوند، زیرا با تغییر غلظت عناصر آلیاژی بین گریدهای مختلف، محدوده دمای بحرانی به دماهای بالاتر یا پایین تر منتقل می شود.

هنگامی که منحنی جومینی مشخص شد، سرعت خنک‌سازی در مناطق بحرانی قطعات کوئنچ شده باید تخمین زده شود. یکی از روش‌های تعیین نرخ سرمایش، تعیین معادل است.

نرخ خنک‌سازی را می‌توان بر اساس آگاهی از کوئنچ و سطح مقطع قطعه تعیین کرد. داده های تقریبی سرعت خنک کننده در دمای 705 درجه سانتیگراد (1300 درجه فارنهایت) در شکل زیر برای قطرهای مختلف میله از حدود 13 تا 100 میلی متر نشان داده شده است. نرخ های خنک کننده در سطح، شعاع سه چهارم، نصف شعاع و مرکز، مربوط به نرخ های خنک کننده در فاصله ای معادل از انتهای یک میله جومینی کوئنچ شده است.

بنابراین، سرعت خنک‌سازی در مرکز یک میله با قطر 50 میلی‌متر (2 اینچ) که در آب فرو می‌رود، نرخ خنک‌کننده‌ای معادل مقداری در فاصله 16 اینچ از انتهای میله جومینی دارد. سرعت خنک‌سازی در مرکز میله‌ای با قطر 50 میلی‌متر (2 اینچ) که در روغن فرو می‌رود، دارای سرعت خنک‌کننده‌ای است که با نقطه 10 /16 اینچ از انتهای میله جومینی که در آب فرو می‌رود، قابل مقایسه است.