Випробування на ударну в’язкість за Шарпі: значення KV, температура переходу та J0/J2/K2

Випробування

Маятниковий копер ударяє невеликий зразок із надрізом, а енергію, поглинуту під час його руйнування, записують у джоулях. Стандартний зразок має розміри 10 × 10 × 55 mm і V-подібний надріз глибиною 2 mm; результат записують як KV (K — тип випробування, V — геометрія V-подібного надрізу). Керівними методами є EN ISO 148-1 у Європі та ASTM E23 у США. Поряд з енергією лабораторії можуть звітувати бічне розширення та відсоток в’язкого (зсувного) руйнування на поверхнях зламу.

Чому температура змінює все

Феритні сталі не поглинають сталої кількості енергії. Зі зниженням температури поглинута енергія падає — іноді стрімко — від високої верхньої полиці (міцне, в’язке руйнування) до низької нижньої полиці (плоске, крихке руйнування). Діапазон між ними є переходом від в’язкого до крихкого руйнування. Конструкція безпечна на холоді, коли її робоча температура залишається вище діапазону переходу її сталі, саме тому стандарти визначають температуру випробування та мінімальну енергію за цієї температури, а не значення за кімнатної температури.

Аустенітні нержавіючі сталі з їхньою гранецентрованою кубічною структурою не показують різкого переходу — це одна з причин, чому вони домінують у кріогенній експлуатації.

Як читати J0, J2 і K2

У конструкційних сталях EN 10025 суфікс позначення кодує вимогу до ударної в’язкості:

Суфікс	Мінімальна енергія	Температура випробування
JR	27 J	+20 °C (кімнатна температура)
J0	27 J	0 °C
J2	27 J	−20 °C
K2	40 J	−20 °C

Літера дає рівень енергії (J = 27 J, K = 40 J), а цифра дає температуру (R = кімнатна, 0 = 0 °C, 2 = −20 °C). Отже, S355J2 і S355K2 випробовують за однакової температури −20 °C, але K2 має поглинути 40 J замість 27 J. Інші стандарти на вироби розширюють цю шкалу до холоднішої експлуатації — нормалізовані марки в EN 10025 і марки для посудин під тиском у EN 10028 зазвичай випробовують за −40 °C або −50 °C.

Деталі, що вирішують, пройдено чи не пройдено

• Орієнтація. Стандарти на вироби вказують, чи є зразки для випробування на ударну в’язкість поздовжніми чи поперечними щодо напряму прокатки; поперечні значення зазвичай нижчі, а сертифікат, який наводить легший напрям, не доводить потрібного.
• Набір із трьох. Приймання зазвичай оцінюють за середнім значенням трьох зразків; окремим значенням зазвичай дозволено падати приблизно до 70% від визначеного мінімуму. Коли набір не проходить, застосовуються визначені правила повторних випробувань.
• Зразки зменшеного розміру. Коли виріб тонший за 10 mm, використовують зразки шириною 7.5, 5 або 2.5 mm. Потрібна мінімальна середня енергія тоді зменшується пропорційно до поперечного перерізу зразка, як це викладено в стандарті на виріб, — результати зменшених зразків не є прямо взаємозамінними з повнорозмірними значеннями.
• Якість надрізу та калібрування машини мають значення: тупий надріз або зношений бойок завищує результати, саме тому акредитовані лабораторії перевіряють свої машини за сертифікованими еталонними зразками.