Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy: KV-Werte, Übergangstemperatur und J0/J2/K2

Der Versuch

Ein Pendelhammer schlägt auf eine kleine gekerbte Probe, und die beim Bruch aufgenommene Energie wird in Joule aufgezeichnet. Die Normprobe misst 10 × 10 × 55 mm mit einer 2 mm tiefen V-Kerbe; das Ergebnis wird als KV geschrieben (K für die Versuchsart, V für die V-Kerbgeometrie). Die maßgeblichen Verfahren sind EN ISO 148-1 in Europa und ASTM E23 in den USA. Neben der Energie können Laboratorien die seitliche Breitung und den Prozentsatz duktilen (Scher-)Bruchs auf den Bruchflächen berichten.

Warum die Temperatur alles verändert

Ferritische Stähle nehmen keine konstante Energiemenge auf. Mit fallender Temperatur sinkt die aufgenommene Energie — manchmal steil — von einer hohen Hochlage (zäher, duktiler Bruch) zu einer niedrigen Tieflage (flacher, spröder Bruch). Der Bereich dazwischen ist der duktil-spröde Übergang. Ein Bauwerk ist in der Kälte sicher, wenn seine Betriebstemperatur oberhalb des Übergangsbereichs seines Stahls bleibt, und genau deshalb legen Normen eine Prüftemperatur und eine Mindestenergie bei dieser Temperatur fest, statt eines Wertes bei Raumtemperatur.

Austenitische nichtrostende Stähle mit ihrer kubisch-flächenzentrierten Struktur zeigen keinen scharfen Übergang — ein Grund, warum sie im kryogenen Einsatz dominieren.

J0, J2 und K2 lesen

Bei Baustählen nach EN 10025 codiert das Suffix der Bezeichnung die Kerbschlaganforderung:

Suffix	Mindestenergie	Prüftemperatur
JR	27 J	+20 °C (Raumtemperatur)
J0	27 J	0 °C
J2	27 J	−20 °C
K2	40 J	−20 °C

Der Buchstabe gibt das Energieniveau an (J = 27 J, K = 40 J) und die Ziffer gibt die Temperatur an (R = Raum, 0 = 0 °C, 2 = −20 °C). So werden S355J2 und S355K2 bei denselben −20 °C geprüft, aber K2 muss 40 J statt 27 J aufnehmen. Andere Erzeugnisnormen erweitern die Staffel zu kälterem Einsatz — normalisierte Sorten nach EN 10025 und Druckbehältersorten nach EN 10028 werden üblicherweise bei −40 °C oder −50 °C geprüft.

Details, die über Bestehen oder Nichtbestehen entscheiden

• Orientierung. Erzeugnisnormen geben an, ob Kerbschlagproben längs oder quer zur Walzrichtung liegen; Querwerte sind typischerweise niedriger, und ein Zeugnis, das die leichtere Richtung angibt, beweist nicht die erforderliche.
• Satz von drei. Die Abnahme wird normalerweise anhand des Mittelwerts von drei Proben beurteilt; Einzelwerte dürfen üblicherweise auf etwa 70% des festgelegten Mindestwerts fallen. Definierte Wiederholungsprüfungsregeln gelten, wenn ein Satz nicht besteht.
• Untergrößenproben. Wo das Erzeugnis dünner als 10 mm ist, werden Proben mit 7.5, 5 oder 2.5 mm Breite verwendet. Die erforderliche mittlere Mindestenergie wird dann im Verhältnis zum Probenquerschnitt reduziert, wie in der Erzeugnisnorm festgelegt — Ergebnisse an Untergrößenproben sind nicht direkt mit Werten an Vollgrößenproben austauschbar.
• Kerbqualität und Maschinenkalibrierung sind wichtig: Eine stumpfe Kerbe oder ein abgenutzter Hammer erhöht die Ergebnisse, weshalb akkreditierte Laboratorien ihre Maschinen mit zertifizierten Referenzproben überprüfen.