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Jominy-Prüfung (Stirnabschreckversuch)

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Allgemein

Die Jominy-Prüfung, auch als Stirnabschreckversuch oder Jominy-Versuch bezeichnet, ist ein genormtes Verfahren nach ISO 642 und ASTM A255 zur Ermittlung der Härtbarkeit von Stahl.
Die Härtbarkeit beschreibt die Fähigkeit des Stahles durch Härten die Härte oberflächlich oder durchgreifend durch die Bildung von Martensit oder Zwischengefüge zu steigern.  

Versuchsablauf

Der Versuchsablauf nach DIN EN ISO 642 lässt sich in vier Schritte untergliedern:

  1. Erstellung der Form und Vorbereitung der Probe;
  2. Erwärmung der Probe auf eine festgelegte Temperatur im austenitischen Bereich für einen definierte Dauer;
  3. Abschreckung der Probe an der Stirnfläche durch einen Wasserstrahl unter vorgegebenen Bedingungen;
  4. Prüfung der Härte an definierten Punkten in Längsrichtung der angeschliffenen Probenprüffläche.

1. Probenvorbereitung

Zunächst muss die Probe, welche aus einem Rundstab besteht, auf einen Durchmesser von 25mm und eine Länge von 100mm spanend bearbeitet werden. Die Stirnfläche, die nicht abgeschreckt wird, muss einen Durchmesser von 30mm bis 32mm oder von 25mm haben, je nachdem ob sie eine Flansch- oder Rillenform hat, siehe Bild. Diese Formen helfen auch beim schnellen Zentrieren und Positionieren der Probe für den Abschreckvorgang.

Mögliche Jominy Probenformen

Legende:

1        Probe mit Flansch

2        Probe mit Rille

Bevor die Probe bearbeitet und abgeschreckt wird, muss sie normalgeglüht werden. Die Oberfläche der Probe muss fein gedreht und die abzuschreckende Stirnfläche fein bearbeitet werden. Die Stirnfläche muss gratfrei sein.

2. Wärmebehandlung der Probe

Nachdem die Probe gefertigt wurde, muss diese mindestens 20 Minuten lang gleichmäßig auf die in der Norm festgelegte Temperatur erwärmt und dann mindestens 30 höchstens 35 Minuten auf der vereinbarten Temperatur gehalten werden. Aufkohlung oder Entkohlung der Probe soll so gering wie möglich gehalten und eine Oxidation mit Zunderbildung vermieden werden.

3. Abschreckung der Probe

Das Zeitfenster zwischen dem Entnehmen der Probe aus dem Ofen und dem Beginn des Abschreckens darf nicht länger als fünf Sekunden sein. Zum Abschrecken wird eine Prüfvorrichtung verwendet, siehe Bild weiter unten, welche den Wasserstrahl schlagartig auf die abzuschreckende Stirnfläche der Probe auftreffen lässt. Der Abstand zwischen der Öffnung des Wasserzuführrohres und der abzuschreckenden Probenstirnfläche beträgt 12,5mm mit einer Toleranz von ±0,5mm. Die Probe muss während des gesamten Abschreckvorganges, welcher mindestens 10 Minuten beträgt, zentrisch über der Öffnung des Wasserzuführrohres verbleiben und vor Wasserspritzern geschützt sein. Nach dem Abschrecken kann die Probe, um ein vollständiges Abkühlen zu erreichen, in kaltes Wasser eingetaucht werden.

Stirnabschreckversuch nach Jominy

Legende:

1        Aufhängung

2        Probe

3        Stirnfläche

4        Wasserrohr

4. Härteprüfung der Probe

Für die Härteprüfung der Jominy-Probe nach Rockwell (HRC) werden zwei Prüfflächen 180° versetzt und in Längsrichtung angeschliffen (ca. 0,4-0,5mm tief). Die Rockwell-Härteprüfung HRC kann unter bestimmten Bedingungen auch durch die Vickers-Härteprüfung HV30 ersetzt werden.

Um sicherzustellen, dass es beim Feinschleifen zu keiner Erweichung gekommen ist, wird die Probe in 5%-ige Salpetersäure getaucht. Die Probe sollte gleichmäßig geschwärzt sein. Verfärbungen deuten auf Weichfleckigkeit hin und es müssen zwei neue Prüfflächen wie bereits oben beschrieben erzeugt werden.

Die Probe wird im nächsten Schritt gut befestigt und muss während der Härteprüfung unbeweglich gehalten werden. Die ersten acht Punkte der HRC- Prüfung erfolgen in festgelegten Abständen, bezogen auf die Stirnfläche: 1,5 – 3 – 7 – 9 – 11 – 13 – 15mm. Danach wird alle 5mm ein Prüfpunkt gesetzt. Die Härteergebnisse werden in einem Diagramm über die Probenlänge aufgetragen. Es ergibt sich eine Härteverlaufskurve. Daraus lässt sich dann die Auf-/Einhärtbarkeit von Stählen vergleichen oder auch die Einhärtetiefe ablesen.

Verfahren zur Festlegung der Härtbarkeit

Festlegung einer oder zwei Grenzkurven für die Härtetiefe beim Jominy-Versuch:

  • untere Grenzkurve
  • obere Grenzkurve
  • obere und untere Grenzkurve


Festlegung bestimmter Punkte auf der Härtekurve:

  • oberer Grenzpunkt
  • unterer Grenzpunkt
  • oberer und unterer Grenzpunk

 

In der nachfolgenden Abbildung sind die Härteverlaufskurven einer Jominy-Probe mit oberer und unterer Grenzkurve abgebildet.