Испытания на ударный изгиб: метод, образцы с концентратором и протокол по ГОСТ

Растяжение показывает, что металл выдержит при медленном нагружении. Ударный изгиб отвечает на другой вопрос: как поведёт себя тот же металл, когда нагрузка придёт мгновенно и на морозе. Разница драматичнее, чем кажется — сталь, которая при плюс двадцати тянется и вязко рвётся, при минус сорока может расколоться как стекло, полностью сохранив паспортную прочность.

Сертификат РБ проводит испытания на ударный изгиб в собственной аккредитованной лаборатории: маятниковый копёр, криостат для охлаждения образцов, свой участок изготовления образцов с концентратором. Заказ не передаём на сторону.

Как проводится испытание на ударный изгиб

Метод придумали больше века назад, и с тех пор он почти не изменился, потому что прост и показателен.

• Образец с надрезом кладут на опоры копра. Надрез — он же концентратор — обращён в сторону, противоположную удару: разрушение должно пойти именно от него, а не из случайного места.
• Маятник поднимают на фиксированную высоту и отпускают. В нижней точке траектории он разрушает образец одним ударом.
• Замеряют, насколько высоко маятник взлетел после удара. Разница энергий до и после — это работа, потраченная на разрушение образца. Обозначается K, измеряется в джоулях.
• Работу делят на площадь сечения в месте надреза и получают ударную вязкость в Дж/см² — величину, которую нормируют стандарты на продукцию.

Испытание металлов на ударный изгиб проводят по ГОСТ 9454-2025 — он заменил многолетний ГОСТ 9454-78. Если требуется поведение металла на холоде, образец предварительно охлаждают в криостате и разрушают в течение нескольких секунд после извлечения: за это время он не успевает нагреться. Испытания при минус 20, минус 40, минус 60 °C — обычная практика для конструкций, работающих на открытом воздухе.

Образцы для ударных испытаний: всё решает надрез

Образцов на ударный изгиб понадобится несколько, и все одного типоразмера: брусок 10×10×55 мм с концентратором посередине. Отличаются образцы формой надреза, и от неё напрямую зависит результат: чем острее концентратор, тем жёстче условия и тем ниже окажется цифра.

Значения KCU и KCV одного и того же металла не совпадают и не пересчитываются друг в друга. Поэтому в заявке нужно называть не просто «ударную вязкость», а тип концентратора: если стандарт требует KCV, протокол с KCU его не заменит. Это самая частая причина, по которой готовый документ приходится переделывать.

Что ещё критично при подготовке образцов:

• Геометрия надреза. Радиус и глубина заданы стандартом с жёсткими допусками — надрез, сделанный «на глаз» ножовкой, обесценивает испытание.
• Направление вырезки. Вдоль и поперёк проката ударная вязкость различается заметно, поэтому в протоколе направление указывается всегда.
• Отсутствие нагрева. Вырезка газом меняет структуру металла в зоне будущего образца; резать нужно механически с запасом.
• Количество. Стандарт требует три образца на одну точку: разброс у ударных испытаний выше, чем у растяжения, и результат усредняют.

Если толщина проката не позволяет сделать полноразмерный брусок, применяют образцы уменьшенной толщины, и норма пересчитывается по правилам стандарта. Подробнее об отборе и изготовлении — на странице образцов для механических испытаний.

Метод испытания на ударный изгиб: Шарпи и ГОСТ 9454

За рубежом тот же метод называют испытанием по Шарпи — по имени французского инженера, предложившего маятниковый копёр. Отечественный ГОСТ 9454-2025 и международный стандарт описывают одно и то же испытание, но детали различаются: геометрия надреза, размеры опор, а главное — форма представления результата.

Ключевое расхождение: в отечественной практике нормируется ударная вязкость в Дж/см², то есть работа, делённая на площадь. В стандартах ISO и ASTM обычно приводят работу удара в джоулях, без деления. Цифры в документах разные, хотя испытание одно, и при сравнении зарубежного сертификата с нашей нормой это регулярно приводит к путанице. Мы указываем в протоколе обе величины, если продукция ориентирована на экспорт или принимается по иностранному стандарту.

Ударный изгиб сварных соединений

Для сварного шва испытание идёт по своим правилам, установленным ГОСТ 6996-66. Отличие принципиальное: важно не только значение, но и то, куда нанесён надрез.

• По оси шва — оценивается сам наплавленный металл;
• По линии сплавления — самая уязвимая зона соединения;
• По зоне термического влияния — на расстоянии от шва, где металл перегрелся при сварке и изменил структуру.

Часто требуются все три серии сразу, поэтому образцов на сварное соединение нужно больше, а вырезать их приходится с привязкой к схеме шва. Это отдельная работа, разобранная на странице механических испытаний сварных соединений. Для труб ударный изгиб входит в комплект вместе с технологическими пробами: механические испытания труб.

Что выходит в протокол

В протоколе фиксируются: тип и размеры образца, вид концентратора, температура испытания, работа удара по каждому образцу, вычисленная ударная вязкость, среднее значение и норма по стандарту на продукцию. Отдельной строкой — направление вырезки и обозначение метода.

Разброс между тремя образцами — нормальное явление для этого метода, а не признак ошибки: излом идёт по фактической структуре металла, и неоднородность видна сразу. Ряд стандартов допускает, чтобы одно значение из трёх было ниже нормы, если среднее выдержано, — конкретное правило смотрят в стандарте на продукцию.

Что означает полученная цифра, как строится температурная кривая и где проходит порог хладноломкости — разобрано на странице испытаний на ударную вязкость. Общий обзор направления — на странице ударных испытаний, а полный перечень стандартов — в ГОСТах на механические испытания.

Когда испытание обязательно

• Низколегированный прокат по ГОСТ 19281-2014. Ударная вязкость при отрицательных температурах входит в требования по категориям стали.
• Конструкции для северных территорий. Проект задаёт температуру испытания по климатическому району, и без протокола металл на объект не примут.
• Аттестация сварочных технологий. Допускные и контрольные соединения проверяются на ударный изгиб обязательно.
• Входной контроль партии. Подмена марки чаще всего вскрывается здесь: прочность у стали-заменителя может совпасть, а вязкость на холоде — нет.
• Экспертиза хрупкого разрушения. Конструкция лопнула без пластической деформации — ударные испытания вместе с металлографией показывают причину.

Лаборатория и сроки

Сертификат РБ — испытательная лаборатория с собственной областью аккредитации, маятниковым копром и участком изготовления образцов. Срок стандартно от 5 рабочих дней с момента поступления материала. До договора проверяем, входят ли ваша марка, тип концентратора и температура в область аккредитации, и говорим прямо, если что-то не входит. Что должно быть в документе — на странице протокола механических испытаний.

Пример выдаваемого протокола испытаний

Образец протокола испытаний

Смотреть весь документ (PDF)

Из нашей практики

Партия китайских стульев на металлическом каркасе складывалась под человеком весом за 60 кг. Разбирались, что подвело: труба каркаса оказалась в порядке, а разрушался крепёж. Испытания по ТР ТС 025/2012 партия не прошла и на рынок не попала — подробности в блоге. К ударным испытаниям это имеет прямое отношение: удар выявляет то, чего не видит статика. Изделие спокойно держит вес, если садиться аккуратно, и разрушается, когда на него падают — а в реальной жизни на стул именно падают.

FAQ

Чем ударный изгиб отличается от ударной вязкости?

Это две стороны одного испытания. Ударный изгиб — название метода: образец с надрезом разрушают ударом маятника. Ударная вязкость — величина, которую по итогам получают: работа удара, делённая на площадь сечения. Заказывая «испытание на ударный изгиб» и «определение ударной вязкости», вы заказываете одно и то же.

Какой концентратор выбрать — U или V?

Не выбирайте сами: тип задан стандартом на вашу продукцию или проектом. Если в требованиях написано KCV, нужен V-образный, и протокол с KCU не примут. Когда требование сформулировано просто как «ударная вязкость», уточняем у вас источник требования до начала работ.

Сколько образцов нужно?

Три на каждую температуру. Если испытания идут при нескольких температурах, комплект умножается: на три точки понадобится девять образцов плюс запас на повтор.

Металл тонкий, брусок 10×10 не получается.

Применяются образцы уменьшенной толщины, стандарт это предусматривает. В протоколе указывается фактический размер, а норма пересчитывается по правилам стандарта — цифра для образца 10×7,5 сравнивается не с полноразмерной нормой напрямую.

Наша документация ссылается на ГОСТ 9454-78.

Он заменён на ГОСТ 9454-2025. Испытание проводим по действующему стандарту и указываем в протоколе оба обозначения, чтобы документ сошёлся с вашей нормативной базой.

Сколько стоит испытание на ударный изгиб?

Цена зависит от количества образцов, числа температурных точек и того, изготавливаем ли образцы мы. Смету считаем бесплатно и фиксируем в договоре до начала работ.