Испытание на ударный изгиб по Шарпи: значения KV, температура перехода и J0/J2/K2

Испытание

Маятниковый копёр ударяет по небольшому образцу с надрезом, и энергия, поглощённая при его разрушении, записывается в джоулях. Стандартный образец имеет размеры 10 × 10 × 55 mm с V-образным надрезом глубиной 2 mm; результат записывается как KV (K — тип испытания, V — геометрия V-образного надреза). Регламентирующие методы — EN ISO 148-1 в Европе и ASTM E23 в США. Наряду с энергией лаборатории могут сообщать боковое расширение и процент вязкой (сдвиговой) составляющей излома на разрушенных поверхностях.

Почему температура меняет всё

Ферритные стали не поглощают постоянное количество энергии. По мере снижения температуры поглощённая энергия падает — иногда круто — с высокой верхней полки (прочное, вязкое разрушение) до низкой нижней полки (плоское, хрупкое разрушение). Диапазон между ними — это вязко-хрупкий переход. Конструкция безопасна на холоде, когда её температура эксплуатации остаётся выше диапазона перехода её стали, именно поэтому стандарты указывают температуру испытания и минимальную энергию при этой температуре, а не значение при комнатной температуре.

Аустенитные нержавеющие стали с их гранецентрированной кубической структурой не показывают резкого перехода — одна из причин, по которым они доминируют в криогенной эксплуатации.

Чтение J0, J2 и K2

В конструкционных сталях EN 10025 суффикс обозначения кодирует требование к ударной вязкости:

Суффикс	Минимальная энергия	Температура испытания
JR	27 J	+20 °C (комнатная температура)
J0	27 J	0 °C
J2	27 J	−20 °C
K2	40 J	−20 °C

Буква даёт уровень энергии (J = 27 J, K = 40 J), а цифра даёт температуру (R = комнатная, 0 = 0 °C, 2 = −20 °C). Таким образом, S355J2 и S355K2 испытываются при одинаковой температуре −20 °C, но K2 должен поглотить 40 J вместо 27 J. Другие стандарты на продукцию расширяют лестницу до более холодной эксплуатации — нормализованные марки по EN 10025 и марки для сосудов, работающих под давлением, по EN 10028 обычно испытываются при −40 °C или −50 °C.

Детали, определяющие прохождение или непрохождение

• Ориентация. Стандарты на продукцию указывают, являются ли образцы для испытания на удар продольными или поперечными по отношению к направлению прокатки; поперечные значения обычно ниже, и сертификат, указывающий более лёгкое направление, не доказывает требуемое.
• Комплект из трёх. Приёмка обычно оценивается по среднему значению трёх образцов; отдельным значениям обычно разрешается снижаться примерно до 70% от указанного минимума. При непрохождении комплекта применяются определённые правила повторных испытаний.
• Уменьшенные образцы. Когда продукция тоньше 10 mm, используются образцы шириной 7.5, 5 или 2.5 mm. Требуемая минимальная средняя энергия затем снижается пропорционально поперечному сечению образца, как изложено в стандарте на продукцию — результаты на уменьшенных образцах не являются напрямую взаимозаменяемыми со значениями на полноразмерных образцах.
• Качество надреза и калибровка машины имеют значение: тупой надрез или изношенный боёк завышают результаты, именно поэтому аккредитованные лаборатории проверяют свои машины с помощью сертифицированных контрольных образцов.