Испытания на ударную вязкость: KCU, KCV и температура в протоколе

Ударная вязкость — единственная характеристика в протоколе, которая говорит не о том, сколько металл держит, а о том, как он будет разрушаться: вязко, с деформацией и предупреждением, или хрупко, мгновенно и целиком. Прочность у двух сталей может совпасть до мегапаскаля, а ведут себя они по-разному, и разница вылезает на морозе.

Сертификат РБ проводит испытания на ударную вязкость в собственной аккредитованной лаборатории — с охлаждением образцов до минус 60 °C и изготовлением образцов с концентратором на своём участке.

Что определяется при ударных испытаниях

Маятниковый копёр разрушает образец с надрезом одним ударом и фиксирует работу, потраченную на разрушение. Дальше начинается арифметика, из-за которой чаще всего и путаются в документах.

• Работа удара K — сколько джоулей поглотил образец. Это то, что измерил копёр напрямую.
• Ударная вязкость KC — та же работа, делённая на площадь сечения образца в месте надреза. Измеряется в Дж/см², и нормируют в отечественных стандартах её.
• Буква после KC — тип концентратора: U, V или T. KCU, KCV и KCT одного металла дают разные числа.
• Индекс снизу — температура испытания. Запись KCV₋₄₀ = 34 Дж/см² читается так: острый V-надрез, минус сорок градусов, тридцать четыре джоуля на квадратный сантиметр.

Как физически проходит испытание, какие бывают образцы и в чём разница надрезов — на странице испытаний на ударный изгиб: это тот же опыт по Шарпи, только рассмотренный со стороны метода.

Температура испытания ударной вязкости

Это главный параметр, и заказывать испытание без него бессмысленно. Одна и та же сталь при плюс двадцати даёт вязкий волокнистый излом и высокую цифру, а при минус сорока — кристаллический блестящий излом и цифру в разы ниже. Переход между этими состояниями называется порогом хладноломкости.

Порог не точка, а интервал: вязкость падает не обрывом, а по S-образной кривой. Чтобы её построить, испытывают серии образцов при нескольких температурах — например, при +20, −20, −40 и −60 °C, по три образца на точку. Кривая показывает, при какой температуре металл перестаёт быть надёжным, и это принципиально для конструкций, которые зимуют на открытом воздухе.

Откуда берётся требуемая температура:

• Из стандарта на продукцию. Для низколегированного проката по ГОСТ 19281-2014 температура задана категорией стали — это самый частый случай.
• Из проекта. Проектировщик назначает её по климатическому району строительства.
• Из технических условий. Для нестандартной продукции — из ТУ или программы испытаний.

Отдельная строка — испытания после механического старения: образец предварительно деформируют и выдерживают при нагреве, имитируя изменение свойств за годы эксплуатации, и только потом бьют. Такое требование встречается в стандартах на ответственный прокат.

Методы испытаний ударной вязкости: как читать цифру в протоколе

Отдельно в протоколе описывают вид излома — волокнистый, кристаллический или смешанный, с указанием доли вязкой составляющей. Для ряда стандартов это самостоятельное требование наравне с числом: металл может выдать нужные джоули и при этом показать преимущественно хрупкий излом.

Материалы: сталь, чугун, пластмассы

Метод применяют не только к прокату, хотя основной поток — именно сталь.

• Низколегированные и конструкционные стали. Основная область: ударная вязкость входит в требования по категориям, испытание стали на ударную вязкость при минусовых температурах — рутина для северных объектов. Подтверждение марки целиком — на странице механических испытаний стали.
• Сварные соединения. Надрез наносят по шву, линии сплавления или зоне термического влияния, и значения по этим зонам различаются: механические испытания сварных соединений.
• Чугун и литьё. Вязкость низкая по природе материала, поэтому нормы свои, а результат чувствителен к дефектам отливки.
• Пластмассы и композиты. Испытываются по своим стандартам, на образцах другой геометрии и с другими копрами — маятник меньшей энергии.
• Трубы. Ударная вязкость идёт в комплекте с технологическими пробами: механические испытания труб.

Когда заказывают испытание

• Входной контроль проката. Подмена марки вскрывается здесь надёжнее всего: прочность у стали-заменителя может совпасть, а вязкость на холоде — нет.
• Северное исполнение. Металл для объектов за Уралом принимают с протоколом при заданной отрицательной температуре.
• Аттестация сварочных технологий. Контрольные и допускные соединения проверяют обязательно.
• Разбор хрупкого разрушения. Конструкция лопнула без деформации — испытание вместе с металлографией показывает, был ли металл склонен к хрупкости изначально.
• Разработка и импортозамещение. Подобрали аналог зарубежной марки — нужно убедиться, что вязкость не просела.

Лаборатория, сроки и протокол

Сертификат РБ — испытательная лаборатория с собственной областью аккредитации: маятниковый копёр, криостат для охлаждения, участок изготовления образцов с концентратором. Заказ не уходит субподрядчику, поэтому срок и цену называем сразу — стандартно от 5 рабочих дней. До договора проверяем, входят ли ваша марка, тип концентратора и температура в область аккредитации.

Протокол испытаний на ударную вязкость содержит: тип и размеры образца, вид концентратора, температуру, работу удара и вычисленную вязкость по каждому образцу, среднее, описание излома и норму по стандарту на продукцию. Что ещё должно быть в документе и почему его возвращают — на странице протокола механических испытаний. Перечень стандартов на методы — в ГОСТах на механические испытания, общий обзор направления — на странице ударных испытаний.

Пример выдаваемого протокола испытаний

Образец протокола испытаний

Смотреть весь документ (PDF)

Из нашей практики

К нам обратились за протоколом на «пучинистость» грунт-эмалей. Начали с уточнения: под какой норматив нужен документ. Разобрали ГОСТ 9.401-2018 и ГОСТ 28574-2014, сопоставили с задачей — и выяснилось, что за словом «пучинистость» стояла прочность покрытия и стойкость к морозу. Оформили то, что действительно требовалось, история в блоге.

С ударной вязкостью то же самое случается на букве. В заявке пишут «ударная вязкость по ГОСТ», лаборатория делает KCU, а в проекте стоит KCV при минус сорока — и протокол приходится переделывать целиком, потому что пересчитать одно в другое нельзя. Тридцать секунд на уточнение буквы и температуры экономят неделю и второй счёт.

FAQ

Чем ударная вязкость отличается от ударного изгиба?

Ударный изгиб — название метода, ударная вязкость — величина, которую этим методом получают. Заказывая одно, вы заказываете другое: это один и тот же опыт на маятниковом копре.

Можно ли пересчитать KCU в KCV?

Нет. Формулы пересчёта не существует: острый V-надрез создаёт другое напряжённое состояние, и соотношение между KCU и KCV у разных сталей разное. Если стандарт требует KCV, нужен протокол с KCV.

При какой температуре испытывать, если в документации не сказано?

Смотрим категорию стали по стандарту на продукцию — чаще всего температура задана там. Если продукция нестандартная, ориентируемся на климатический район эксплуатации и фиксируем выбор в программе испытаний, согласованной с вами.

Сколько нужно образцов и металла?

Испытание образцов на ударную вязкость идёт сериями: три образца на каждую температурную точку. На построение температурной кривой из четырёх точек понадобится двенадцать образцов плюс запас. Из проката это отрезок с заметным запасом по длине — точный размер скажем по вашему сортаменту.

Что означает низкая ударная вязкость при нормальной прочности?

Что металл склонен к хрупкому разрушению: он выдержит статическую нагрузку, но может расколоться от удара или на морозе. Причины разные — состав, нарушенная термообработка, старение, крупное зерно. Дальше обычно смотрят микроструктуру и химический состав.

Сколько стоит испытание на ударную вязкость?

Цена зависит от количества образцов, числа температурных точек и изготовления образцов. Смету считаем бесплатно и фиксируем в договоре до начала работ.