42CrMo4 edzhetősége: Jominy-vizsgálat, TTT/CCT diagramok és mikroszerkezet

Az előző cikkben bemutattuk a 42CrMo4 jelölését és összetételét, és már ott utaltunk rá: a króm és a molibdén ötvözése miatt ez az acél jóval mélyebb edzhetőséggel rendelkezik, mint a sorozat korábbi szénacéljai. Ez a sorozat 14. cikke pontosan ezt a tulajdonságot mutatja be részletesen – a Jominy-vizsgálat, a TTT/CCT diagramok és a mikroszerkezet segítségével, közvetlen összehasonlításban a C45E-vel.

Mi az edzhetőség, és miben más, mint a keménység?

Az edzhetőség (angolul hardenability) az acél azon képessége, hogy edzéskor martenzites szövetszerkezetet alakítson ki – és ez nem ugyanaz, mint a keménység. A martenzit keménysége kizárólag a széntartalomtól függ: egy adott széntartalom mellett a martenzit mindig ugyanolyan kemény, függetlenül az ötvözőelemektől. Az edzhetőség viszont azt mutatja meg, hogy ez a martenzites szerkezet milyen mélyen, a keresztmetszet mekkora részében alakul ki a hűtés hatására. Egy vékony rúd felülete szinte mindig eléri a martenzitképződéshez szükséges hűlési sebességet, a mag azonban lassabban hűl – ha az acél edzhetősége alacsony, a mag nem lesz martenzites, és a keresztmetszet mentén jelentős keménység- és szilárdságkülönbség alakul ki. Nagyobb edzhetőségű acélnál ez a különbség sokkal kisebb, a keresztmetszet egésze egyenletesebb tulajdonságokat kap.

A Jominy-vizsgálat: hogyan mérik az edzhetőséget

Az edzhetőség szabványos mérőszáma a Jominy-féle véghűtéses vizsgálat (EN ISO 642 szabvány). A vizsgálathoz egy 25 mm átmérőjű, 100 mm hosszú próbatestet ausztenitesítenek, majd a próbatest egyik végét – a „hűtött véget” – 20±5°C hőmérsékletű vízsugárral hirtelen lehűtik, míg a próbatest többi része a levegőn lassabban hűl. Az eredmény egy jellegzetes keménységprofil: a hűtött véghez közel a leggyorsabb a hűlés, ezért ott a legnagyobb a keménység, a hűtött végtől távolodva pedig a hűlés egyre lassabb, a keménység pedig – az acél edzhetőségétől függő mértékben – csökken. A próbatest felületét legömbölyítve, Rockwell C keménységmérővel mérik a keménységet a hűtött végtől mért távolság függvényében, így áll össze a Jominy-görbe.

A 42CrMo4 Jominy-görbéje – összevetve a C45E-vel

A RIVA Acciaio katalógusának Jominy-táblázata jól mutatja a két acél közötti különbséget. A hűtött végtől mért távolság függvényében, HRC keménységtartományban:

Táv. a hűtött végtől	C45E (HRC)	42CrMo4 (HRC)
1,5 mm	55-62	53-61
5 mm	28-57	52-61
9 mm	24-34	49-60
15 mm	20-30	37-58
30 mm	nincs adat	31-51
50 mm	nincs adat	29-45

A táblázat önmagáért beszél: a C45E-nél a katalógus 15 mm-en túl már nem is közöl adatot, mert a keménység ott már gyakorlatilag a lágy alapanyag szintjére esik vissza. A 42CrMo4 ezzel szemben 50 mm távolságban is 29-45 HRC közötti keménységet tart – ez a mélyebb edzhetőség lényege: nagyobb keresztmetszetű alkatrészeknél is homogén, a magban is martenzites szövetszerkezet érhető el.

TTT és CCT diagramok: miért elég az olajedzés is

A TTT (idő-hőmérséklet-átalakulás) és CCT (folyamatos hűlésű átalakulás) diagramok azt mutatják meg, hogy egy adott hőmérsékleten mennyi idő alatt, illetve egy adott hűlési sebesség mellett milyen szövetszerkezet (ferrit, perlit, bainit vagy martenzit) alakul ki az ausztenitből. Az ötvözőelemek – jelen esetben a króm és a molibdén – hozzáadása jobbra és lefelé tolja el ezeket a diagramokat az idő-hőmérséklet tengelyen: vagyis a perlit- és bainitképződéshez lassabb hűlés esetén is több idő áll rendelkezésre, mielőtt az átalakulás megkezdődne. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a 42CrMo4 esetében már egy lassabb hűtőközeg, az olaj is elegendő a martenzitképződéshez – szemben a C45E-vel, ahol a gyors martenzitképződéshez vizes edzésre van szükség. Az olajedzés kisebb hűlési sebessége viszont kisebb belső feszültséget és kisebb repedésveszélyt is jelent a munkadarabban, ami nagyobb, bonyolultabb geometriájú alkatrészeknél komoly gyakorlati előny.

Milyen ötvözőelemek felelősek az edzhetőségért?

Nem minden ötvözőelem hat egyformán az edzhetőségre. A króm, a mangán és a molibdén – a 42CrMo4 fő ötvözői – jelentősen növelik az edzhetőséget, míg például a nikkel hatása ezen a téren viszonylag csekély. A szén hatása az edzhetőségre önmagában mérsékelt, bár éppen a szén az, amely a martenzit tényleges keménységét meghatározza. Emellett az ausztenitszemcse mérete is számít: durvább szemcseszerkezet nagyobb edzhetőséget ad, mint a finomszemcsés – bár a finomszemcsés szerkezet más szempontból (szívósság, szakítószilárdság) előnyösebb, ezért a gyakorlatban mindig kompromisszumot kell találni.

Megeresztett martenzit: a mikroszerkezet és a repedésveszély

Az edzés során a felület gyorsabban hűl, mint a mag – amíg a felület már martenzitesen átalakul, a mag még ausztenites marad, ami jelentős belső feszültséget okoz a térfogatváltozás miatt. Ha ez a feszültség túl nagy, maradó alakváltozás vagy akár repedés is keletkezhet a munkadarabban. Éppen ezért a nyers edzett állapot gyakorlatilag sosem végállapot: az edzést mindig megeresztés követi, amely csökkenti a belső feszültségeket és a rideg, edzett martenzitet szívósabb, megeresztett martenzitté alakítja. A 42CrMo4-nél ez a megeresztés jellemzően 610±70°C-on történik – jóval magasabb hőmérsékleten, mint a C45E 550-660°C-os tartománya alsó határa, ami a nagyobb ötvözőtartalom miatt szükséges, hosszabb diffúziós folyamatot tükrözi.

Összefoglalás

A 42CrMo4 edzhetősége – a Jominy-görbe lapossága, a TTT/CCT diagramok jobbra tolódása és az olajedzés elegendősége – az a tulajdonság, amely ezt az acélt alkalmassá teszi nagyobb keresztmetszetű, egyenletes szilárdságot igénylő alkatrészekhez, ahol a C45E már nem nyújtana megbízható eredményt. A következő cikk azt mutatja be, hogy ez az edzhetőség a gyakorlatban milyen konkrét mechanikai tulajdonságokat – szakítószilárdságot, folyáshatárt, szívósságot – eredményez nemesített állapotban.