Próba udarności

Udarnością nazywamy odporność materiału na pękanie pod wpływem obciążenia dynamicznego.

Próbę udarności wykonujemy w temperaturze pokojowej, w temperaturach obniżonych od temperatury pokojowej do -60^oC oraz w temperaturze ciekłego azotu (-196^oC). Obniżenie temperatury badania, w większości przypadków, wpływa na zwiększenie kruchości materiału, spadek pracy łamania i zmniejszenie udarności.

Próbę udarności metali przeprowadza się na młocie Charpy`ego, o energii początkowej wahadła najczęściej: 300 J, 450 J lub 750 J, z wykorzystaniem bijaka o promieniu zaokrąglenia 2 mm lub 8 mm, na znormalizowanych próbkach z naciętym karbem w kształcie litery „U” lub „V”. Jeden komplet próbek do badań składa się najczęściej z 3 lub 5 sztuk.

Wymiary próbek wykorzystywane w trakcie badań:

• 10 mm x 10 mm x 55 mm (próbka pełnowymiarowa),
• 10 mm x 7,5 mm x 55 mm (próbka zredukowana),
• 10 mm x 5 mm x 55 mm (próbka zredukowana),
• 10 mm x 2,5 mm x 55 mm (próbka zredukowana).

Próba udarności jest metodą badawczą, która pozwala na określenie:

• pracy łamania – KU lub KV [J],
• udarności – KCU lub KCV [J/cm²],
• rozszerzenia bocznego „lateral expansion” – LE [mm].

Praca łamania to energia, która została pochłonięta przez próbkę w trakcie próby udarności.

Udarnością nazywamy iloraz pracy łamania (KU / KV) i powierzchni przekroju poprzecznego próbki pod karbem (S_o).

Powierzchnia przekroju poprzecznego próbki pod karbem „V” wynosi:

• 0,8 cm² – dla próbki 10 mm x 10 mm x 55 mm,
• 0,6 cm² – dla próbki 10 mm x 7,5 mm x 55 mm,
• 0,4 cm² – dla próbki 10 mm x 5 mm x 55 mm,
• 0,2 cm² – dla próbki 10 mm x 2,5 mm x 55 mm.

Wartość wymaganej pracy łamania, dla próbek pełnowymiarowych, podawana jest w normach przedmiotowych lub w przepisach towarzystw klasyfikacyjnych. W przypadku próbek zredukowanych, wartość wymaganej pracy łamania jest przeliczana proporcjonalnie do pola powierzchni próbki lub z zastosowaniem współczynników:

• 5/6 dla próbek 10 mm x 7,5 mm x 55 mm,
• 2/3 dla próbek 10 mm x 5 mm x 55 mm,
• 1/2 dla próbek 10 mm x 2,5 mm x 55 mm.

Spotykane jest również obniżanie temperatury badania próbek zredukowanych w stosunku do temperatury badania próbek pełnowymiarowych.

Próbę udarności przeprowadza się wzdłuż lub w poprzek do kierunku walcowania lub do osi wyrobu. Wyniki dla próbek poprzecznych są zazwyczaj niższe, niż dla próbek wzdłużnych, czego powodem jest anizotropia właściwości mechanicznych.

Wynik próby powinien zostać podany, w raporcie z badań, po skorygowaniu o straty tarcia.

Nowoczesne młoty Charpy`ego, po sprawdzeniu urządzenia przed badaniem, automatycznie korygują wynik, natomiast starsze typów młotów, nie wykonują tej czynności samoczynnie i wynik należy skorygować ręcznie.

W raportach z badań wymagane jest też podawanie wymiarów zastosowanych próbek zredukowanych. Jeśli nie podano wymiarów próbek, to oznacza, że w badaniu użyte były próbki pełnowymiarowe. Normy badawcze wymagają również podawania typu naciętego karbu na próbkach oraz użytego bijaka, oznaczenia te są następujące:

• KV₂ – próbka z karbem w kształcie litery „V”, badana z użyciem bijaka o promieniu zaokrąglenia 2 mm,
• KU₂ – próbka z karbem w kształcie litery „U”, badana z użyciem bijaka o promieniu zaokrąglenia 2 mm,
• KV₈ – próbka z karbem w kształcie litery „V”, badana z użyciem bijaka o promieniu zaokrąglenia 8 mm,
• KU₈ – próbka z karbem w kształcie litery „U”, badana z użyciem bijaka o promieniu zaokrąglenia 8 mm.

W przypadku próby udarności złączy spawanych metali dodatkowo należy zamieścić oznaczenie próbki, które składa się z:

1. Litera oznaczająca rodzaj naciętego karbu – „U” lub „V”.
2. Litera oznaczająca miejsce naciętego karbu – w spoinie (W) lub w strefie wpływu ciepła (H). Linia wtopienia stanowi umowny początek strefy wpływu ciepła.
3. Litera oznaczająca orientację osi karbu – równolegle do powierzchni (S) lub prostopadle do powierzchni (T).
4. Cyfra oznaczająca odległość osi karbu od linii odniesienia, podana w mm. W przypadku karbu wykonanego w spoinie „0” oznacza jej oś, natomiast dla karbu w strefie wpływu ciepła „0” oznacza linię wtopienia.
5. Cyfra oznaczająca najbliższą odległość pomiędzy powierzchnią próbki do badań, od strony lica, a powierzchnią obiektu do badań, podana w mm. W przypadku złączy ukosowanych na K, podwójne V lub podobnych, lico stanowi pierwsza lub szersza strona spawania.

Badania udarności wykonujemy zgodnie z:

• PN-EN ISO 148-1 Metale – Próba udarności sposobem Charpy’ego – Część 1: Metoda badania
• PN-EN ISO 9016 Badania niszczące złączy spawanych metali – Badanie udarności – Usytuowanie próbek, kierunek karbu i badanie
• ASTM E23 Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials