A Comprehensive Study of the Relationships between Hardenability and Heat Transfer in a Jominy Test Sample

Abstract

Quenching is that the steel is quickly cooled in a quenching medium from the austenetising temperature, typically in between 845 and 870 °C. Jominy end quench test is a standard test used to characterize hardenability of steels. In this study, 1050 steel is quenched with Jominy end quenched test. Thermocouples were placed on the sample to determine the cooling rate in Jominy sample quenched end, and is investigated the relationship between heat transfer and hardenability. The relations among critical cooling rate, heat transfer and hardness is determinated in Jominy sample for 1050 steel. At the point where the maximum hardness was observed that the maximum cooling rate. Heat transfer quantitative is fastest in 790 °C. This point of temperature is determinated that critical a value for hardenability of 1050 steel.

Keywords

• Jominy quenched end test
• Hardenability
• Hardness and heat transfer

Jominy Test Örneğinde Sertleşebilirlik ve Isı Transferi Arasındaki İlişki Hakkında Kapsamlı Bir Çalışma

Abstract

Su verme, çeliği hızlı bir şekilde östenitleme sıcaklığı olan 845–870 °C’den bir su verme ortamında soğutma işlemi olarak tanımlanır. Jominy su verme metodu, çeliklerin sertleşebilirliklerinin belirlenmesinde kullanılan standart bir deneydir. Bu çalışmada, 1050 çeliğine Jominy su verme deneyinde su verildi. Su verilen uçta meydana gelen soğuma hızının belirlenmesi için numune üzerine termokupllar yerleştirildi ve su verme ucunda meydana gelen sertleşebilirlik ve ısı transferi arasındaki ilişkiler araştırıldı. 1050 çeliği için Jominy numunesinde kritik soğuma hızının, ısı taşınım miktarının ve katsayısının sertliğe etkisi belirlenmiştir. Soğuma hızları ve sertlik arasında bir ilişkinin oluştuğu ve maksimum soğuma hızının olduğu noktada maksimum sertliğin oluştuğu görülmüştür. Jominy su verme ucundan transfer edilen enerji miktarının 790 ºC’de en fazla olduğu, dolayısıyla bu sıcaklığın 1050 çeliğinin sertleşebilirliği için kritik bir öneme sahip olduğu belirlenmiştir.

Keywords

• Jominy uca su verme deneyi
• Sertleşebilirlik
• Sertlik ve Isı transferi

References

1. [1] Anonymous, Celik Ucuna Su Verilerek Sertleşebilirlik Deneyi (Jominy Deneyi). Ankara: TSE, 2001, tS 1381 EN ISO 642 (ICS 77.040.99).
2. [2] P. Fernandes and K. N. Prabhu, ‘‘Effect of section size and agitation on heat transfer during quenching of aisi 1040 steel,’’ Journal of Materials Processing Technology, vol. 183, pp. 1–5, 2007.
3. [3] N. S. Köksal, M. Uzkut, and B. S. Ünlü, ‘‘Farklı karbon İçerikli Çeliklerin mekanik Özelliklerinin isıl işlemlerle degişimi,’’ DEÜ Mühendislik Fakültesi, Fen ve Mühendislik Dergisi, vol. 6, no. 2, pp. 95–100, 2004.
4. [4] N. Tükel, Demir – Karbon Alaşımları, 2nd ed. İstanbul: Arpaz Matbaacılık Tesisleri, 1981.
5. [5] M. Cigdemoglu and Z. Cigdemoglu, ‘‘Su verme uygulamalarında metal-ortam isı transferi ve ana değişkenlerin İncelenmesi,’’ Mühendis ve Makine Dergisi, vol. 24, no. 283, pp. 3–10, 1983.
6. [6] S. Karaca, ‘‘Jominy deneyi ve deney parametrelerinin deney uzerindeki etkileri,’’ Master’s thesis, Y.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitusu, İstanbul, 1999.
7. [7] I. Karagöz, ‘‘Hardness change due to carburization time and material thickness during heat treatment of sae 8620 (21nicrmo2) plates,’’ El Cezeri Journal of Science and Engineering, vol. 6, no. 3, pp. 748–754, 2019.
8. [8] P. L. Masson, T. Loulou, and E. Artioukhine, ‘‘Comparison between two methods for estimating the convection heat transfer coefficient during a metallurgical jominy end-quench test,’’ in 4th International Conference on Inverse Problems in Engineering, Rio de Janeiro, Brezilya, 2002.

9. [9] C. Heming, H. Xieqing, and X. Jianbin, ‘‘Comparison of surface heat-transfer coefficients between various diameter cylinders during rapid cooling,’’ Journal of Material Processing Technology, vol. 138, pp. 399–402, 2003.
10. [10] P. L. Masson, T. Loulou, and E. Artioukhine, ‘‘Estimations of a 2d convection heat transfer coefficient during a metallurgical "jominy end-quench" test: Comparison between two methods and experimental validation,’’ Inverse Problems in Science and Engineering, vol. 12, no. 6, pp. 595–617, 2003.
11. [11] R. Mihaly, V. Balazs, C. Zsolt, and P. Jiansheng, ‘‘Modeling of intercritical heat treatment of dp and trip steels,’’ Transactions of Materials and Heat Treatment, vol. 25, no. 5, pp. 710–715, 2004.
12. [12] B. Smoljan, ‘‘Prediction of mechanical properties and microstructure distribution of quenched and tempered steel shaft,’’ Journal of Materials Processing Technology, vol. 175, pp. 393–397, 2006.
13. [13] A. Z. Yazdi, S. A. Sajjadi, S. M. Zebarjad, and S. M. M. Nezhad, ‘‘Prediction of hardness at different points of jominy specimen using quench factor analysis method,’’ Journal of Materials Processing Technology, vol. 11134, pp. 1–6, 2007.
14. [14] G. S. Sarmiento, J. F. Bugna, L. C. F. Canale, G. M. M. Riofano, R. A. Mesquita, G. E. Totten, and A. C. Canale, ‘‘Modeling quenching performance by the kuyucak method,’’ Materials Science and Engineering A, vol. 459, pp. 383–389, 2007.
15. [15] N. İzar, Çelik Seçimi ve Sertleşebilme. Ankara: Makine Mühendisleri Odası, 1971, yayın No: 58.
16. [16] M. Çakır and A. Özsoy, ‘‘Investigation theoretically and empirically of correlation between hardenability and heat transfer for jominy sample,’’ Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 2013.
17. [17] B. Smoljan, N. Tomasic, D. Iljkic, I. Felde, and T. Reti, ‘‘Application of jm-test in 3d simulation of quenching,’’ Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, vol. 17, no. 1–2, pp. 281–284, 2006.
18. [18] M. Cakir and A. Özsoy, ‘‘Investigation of the correlation between thermal properties and hardenability of jominy bars quenched with air–water mixture for aisi 1050 steel,’’ Materials and Design, vol. 32, no. 5, pp. 3099–3105, 2011.
19. [19] M. Çakır, ‘‘Su verme Isıl İşleminde Çelik-ortam arasındaki Isı transferinin İncelenmesi,’’ Master’s thesis, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 2008.