Próba udarności Charpy'ego: wartości KV, temperatura przejścia i J0/J2/K2

Próba

Młot wahadłowy uderza małą próbkę z karbem, a energia pochłonięta przy jej złamaniu jest rejestrowana w dżulach. Standardowa próbka ma wymiary 10 × 10 × 55 mm i karb V o głębokości 2 mm; wynik zapisuje się jako KV (K dla typu próby, V dla geometrii karbu V). Obowiązującymi metodami są EN ISO 148-1 w Europie i ASTM E23 w USA. Obok energii laboratoria mogą podawać rozszerzenie boczne i procent złomu plastycznego (ścinanego) na przełomach.

Dlaczego temperatura zmienia wszystko

Stale ferrytyczne nie pochłaniają stałej ilości energii. Wraz ze spadkiem temperatury pochłaniana energia maleje — czasem gwałtownie — z wysokiej półki górnej (ciągliwy, plastyczny przełom) do niskiej półki dolnej (płaski, kruchy przełom). Zakres pomiędzy nimi to przejście plastyczno-kruche. Konstrukcja jest bezpieczna w niskich temperaturach, gdy jej temperatura eksploatacji pozostaje powyżej zakresu przejścia jej stali, co jest dokładnie powodem, dla którego normy określają temperaturę badania i minimalną energię w tej temperaturze, a nie wartość w temperaturze pokojowej.

Austenityczne stale nierdzewne, ze swoją strukturą regularną ściennie centrowaną, nie wykazują ostrego przejścia — to jeden z powodów, dla których dominują w zastosowaniach kriogenicznych.

Odczytywanie J0, J2 i K2

W stalach konstrukcyjnych EN 10025 przyrostek oznaczenia koduje wymóg udarności:

Przyrostek	Minimalna energia	Temperatura badania
JR	27 J	+20 °C (temperatura pokojowa)
J0	27 J	0 °C
J2	27 J	−20 °C
K2	40 J	−20 °C

Litera podaje poziom energii (J = 27 J, K = 40 J), a liczba podaje temperaturę (R = pokojowa, 0 = 0 °C, 2 = −20 °C). Zatem S355J2 i S355K2 są badane w tej samej temperaturze −20 °C, ale K2 musi pochłonąć 40 J zamiast 27 J. Inne normy wyrobów rozszerzają drabinę na chłodniejsze warunki pracy — gatunki normalizowane w EN 10025 i gatunki na zbiorniki ciśnieniowe w EN 10028 są powszechnie badane w temperaturze −40 °C lub −50 °C.

Szczegóły, które decydują o zaliczeniu lub niezaliczeniu

• Orientacja. Normy wyrobów określają, czy próbki udarnościowe są wzdłużne, czy poprzeczne względem kierunku walcowania; wartości poprzeczne są zazwyczaj niższe, a certyfikat podający łatwiejszy kierunek nie dowodzi wymaganego.
• Zestaw trzech próbek. Akceptacja jest zwykle oceniana na podstawie średniej z trzech próbek; wartości indywidualne zwykle mogą spaść do około 70% określonego minimum. Gdy zestaw nie spełnia wymagań, obowiązują zdefiniowane zasady ponownego badania.
• Próbki o zmniejszonych wymiarach. Tam, gdzie wyrób jest cieńszy niż 10 mm, stosuje się próbki o szerokości 7.5, 5 lub 2.5 mm. Wymagana minimalna średnia energia jest wówczas zmniejszana proporcjonalnie do przekroju próbki, jak określono w normie wyrobu — wyniki dla próbek o zmniejszonych wymiarach nie są bezpośrednio wymienne z wartościami dla próbek pełnowymiarowych.
• Jakość karbu i kalibracja maszyny mają znaczenie: tępy karb lub zużyty bijak zawyżają wyniki, dlatego akredytowane laboratoria weryfikują swoje maszyny przy użyciu certyfikowanych próbek odniesienia.