Prova di resilienza Charpy: valori KV, temperatura di transizione e J0/J2/K2

La prova

Un pendolo colpisce un piccolo provino intagliato e l'energia assorbita nella rottura è registrata in joule. Il provino standard è 10 × 10 × 55 mm con un intaglio a V profondo 2 mm; il risultato è scritto KV (K per il tipo di prova, V per la geometria dell'intaglio a V). I metodi applicabili sono EN ISO 148-1 in Europa e ASTM E23 negli USA. Accanto all'energia, i laboratori possono riportare l'espansione laterale e la percentuale di frattura duttile (a taglio) sulle facce rotte.

Perché la temperatura cambia tutto

Gli acciai ferritici non assorbono una quantità costante di energia. Al diminuire della temperatura, l'energia assorbita cala — talvolta bruscamente — da un ripiano superiore elevato (frattura tenace e duttile) a un ripiano inferiore basso (frattura piatta e fragile). L'intervallo intermedio è la transizione duttile–fragile. Una struttura è sicura al freddo quando la sua temperatura di esercizio resta al di sopra dell'intervallo di transizione del suo acciaio, ed è esattamente per questo che le norme specificano una temperatura di prova e un'energia minima a quella temperatura anziché un valore a temperatura ambiente.

Gli acciai inossidabili austenitici, con la loro struttura cubica a facce centrate, non mostrano una transizione netta — uno dei motivi per cui dominano il servizio criogenico.

Lettura di J0, J2 e K2

Negli acciai strutturali EN 10025, il suffisso della designazione codifica il requisito di resilienza:

Suffisso	Energia minima	Temperatura di prova
JR	27 J	+20 °C (temperatura ambiente)
J0	27 J	0 °C
J2	27 J	−20 °C
K2	40 J	−20 °C

La lettera indica il livello di energia (J = 27 J, K = 40 J) e il numero indica la temperatura (R = ambiente, 0 = 0 °C, 2 = −20 °C). Quindi S355J2 e S355K2 sono provati alla stessa temperatura di −20 °C, ma K2 deve assorbire 40 J invece di 27 J. Altre norme di prodotto estendono la scala a servizi più freddi — i gradi normalizzati nella EN 10025 e i gradi per recipienti in pressione nella EN 10028 sono comunemente provati a −40 °C o −50 °C.

Dettagli che decidono il superamento o il fallimento

• Orientamento. Le norme di prodotto stabiliscono se i provini di resilienza sono longitudinali o trasversali rispetto alla direzione di laminazione; i valori trasversali sono tipicamente inferiori, e un certificato che cita la direzione più facile non dimostra quella richiesta.
• Serie di tre. L'accettazione è normalmente giudicata sulla media di tre provini; i valori singoli sono solitamente ammessi fino a circa il 70% del minimo specificato. Si applicano regole di riprova definite quando una serie fallisce.
• Provini di dimensione ridotta. Dove il prodotto è più sottile di 10 mm, si usano provini di larghezza 7.5, 5 o 2.5 mm. L'energia media minima richiesta è allora ridotta in proporzione alla sezione trasversale del provino, come stabilito nella norma di prodotto — i risultati su provini ridotti non sono direttamente intercambiabili con i valori a dimensione piena.
• Qualità dell'intaglio e taratura della macchina contano: un intaglio smussato o un percussore usurato gonfia i risultati, ed è per questo che i laboratori accreditati verificano le loro macchine con provini di riferimento certificati.