ASTM E23 Próba udarnościowa z prętem karbowanym do materiałów metalowych

Norma „ASTM E23 Standardowe metody badań wytrzymałościowych materiałów metalowych przy użyciu pręta z karbem” opracowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM) opisuje próbę Charpy'ego (belka prosta) i próbę Izoda (belka wspornikowa), a także metody badań wytrzymałościowych materiałów metalowych przy użyciu pręta z karbem.

Niniejsza norma zawiera wymagania dotyczące: próbek do badań, procedur badawczych, raportów z badań, maszyn wytrzymałościowych, walidacji maszyn udarowych Charpy'ego, opcjonalnych konfiguracji próbek do badań, określania orientacji próbki do badań oraz określania wyglądu pęknięcia ścinającego. Zawiera również informacje na temat znaczenia badania udarności prętem z karbem oraz metod pomiaru środka uderzenia. Metody te nie uwzględniają problemów związanych z badaniem udarności w temperaturach poniżej -196°C.

Na potrzeby niniejszego standardu mają zastosowanie następujące terminy i definicje:

• Wysokość upadku to środek odległości pionowej uderzenia między pozycją swobodnego zwisu a pozycją zatrzasku.
• Energia pochłonięta to praca włożona w rozbicie próbki podczas pojedynczego wahnięcia wahadła, mierzona przez skompensowane urządzenie wskazujące.
• Weryfikacja bezpośrednia to proces mający na celu zapewnienie, że wszystkie części, które mogą mieć wpływ na mierzoną pochłoniętą energię, mieszczą się w określonych tolerancjach wymiarowych.
• Pozycją swobodnie wiszącą jest położenie wahadła po zaprzestaniu jego wahania, w którym energia potencjalna i kinetyczna wynoszą zero.
• Swobodne wahanie to ciągłe (bez próbki testowej) wahadłowe wahadło od położenia zapadki, rejestrowane przez urządzenie wskazujące.
• Weryfikacja pośrednia to proces mający na celu zapewnienie, że średnia pochłonięta energia pochodząca z badania zestawu próbek weryfikacyjnych odpowiada certyfikowanej pochłoniętej energii w ramach określonej tolerancji.
• Pozycja zatrzasku to pozycja wahadła w mechanizmie zwalniającym przed jego zwolnieniem w celu wykonania testu.
• Rozszerzalność boczna to maksymalny wzrost grubości próbki (wyrażony w mm) wynikający z próby udarności. Rozszerzalność boczna jest miarą ciągliwości.
• Pojemność skoku to maksymalna energia dostępna dla danego ustawienia wahadła. W przypadku maszyn o pojedynczym skoku odpowiada to pojemności maszyny.
• Wygląd pęknięcia ścinającego to wielkość powierzchni pęknięcia w próbce, która uległa zniszczeniu w trybie ścinania (stabilnym) (wyrażona w procentach).

Podstawowymi elementami badania udarności są: odpowiednia próbka (rozróżnia się kilka różnych rodzajów próbek), szereg kowadeł i podpór próbki, na których umieszczana jest próbka badana, aby przyjąć uderzenie poruszającej się masy, poruszająca się masa o energii wystarczającej do złamania próbki umieszczonej na jej drodze, oraz urządzenie wskazujące mierzące energię pochłoniętą przez pękniętą próbkę.

Te metody badań udarności są szczególnie istotne w przypadku metali poddawanych pojedynczemu działaniu siły wywołującej naprężenia wieloosiowe związane z karbem, w połączeniu z wysokimi prędkościami obciążenia oraz, w niektórych przypadkach, wysokimi lub niskimi temperaturami. W przypadku niektórych materiałów i temperatur, wyniki badań udarności próbek z karbem, po skorelowaniu z doświadczeniem eksploatacyjnym, pozwalają na dokładne przewidywanie prawdopodobieństwa kruchego pękania.

Próbki należy pobierać z materiału zgodnie z obowiązującą specyfikacją. Próbki pokazane na rysunkach podanych w normie są najczęściej stosowane i generalnie zadowalające. Nadają się one szczególnie do metali żelaznych, z wyjątkiem żeliwa.

Oznaczenia próbek Charpy'ego to karb „V” i karb „U”. Próbka z karbem w kształcie dziurki od klucza jest podobna do karbu „U”, z tą różnicą, że szerokość karbu wynosi 1,6 mm lub mniej. Na rysunkach przedstawiono próbki ogólnie odpowiednie do materiałów metalurgii proszków. Próbki do badania udarności metodą metalurgii proszków powinny być wytwarzane zgodnie z normą ASTM B925. Wyniki próby udarności dla tych materiałów zależą od orientacji próbki. Dlatego, o ile nie zaznaczono inaczej, próbkę należy umieścić w urządzeniu tak, aby wahadło uderzało w powierzchnię równoległą do kierunku ściskania. Wyniki próby udarności dla materiałów metalurgii proszków są podawane jako energia pochłonięta bez karbu.

Próba udarności prętem z karbem to metoda pomiaru energii pochłanianej przez materiał przy nagłym uderzeniu, zanim nastąpi pęknięcie. Jest często stosowana do określania wytrzymałości metali, szczególnie w warunkach uderzenia lub obciążenia udarowego. Ta próba jest szczególnie ważna w ocenie zachowania się materiałów w warunkach wysokiego naprężenia, takich jak zderzenia lub eksplozje. Próba ta polega na uderzeniu pręta z karbem (próbki) wahadłowym młotkiem lub wahadłem. Karb to wstępnie wycięty rowek w pręcie, tworzący słaby punkt, w którym pęknięcie jest najbardziej prawdopodobne. Próba mierzy energię pochłanianą przez materiał podczas pękania. Główne cele próby to:

• Aby ocenić kruchość lub ciągliwość materiału.
• Określenie zachowania się materiału w warunkach obciążeń dynamicznych lub nagłych (np. zderzeń, upadków, eksplozji).
• Określenie temperatury przejścia od ciągliwości do kruchości metali, zwłaszcza stali.

W tego typu testach powszechnie stosuje się dwie następujące metody:

• Badanie udarności Charpy'ego: próbka jest podparta poziomo, a młot uderza w przeciwną stronę wycięcia.
• Badanie udarności metodą Izoda: próbka jest ściskana pionowo, a młot uderza w tę samą stronę karbu.

Testy te uważa się za ważne z następujących powodów:

• Zapewnia bezpieczeństwo materiałowe w obiektach o znaczeniu krytycznym (mosty, statki, rurociągi).
• Pomaga zapobiegać poważnym awariom w przypadku uderzeń lub niskich temperatur.
• Pomaga w doborze materiałów i kontroli jakości.

Nasza organizacja, która od lat wspiera firmy z wszystkich sektorów, oferując szeroki zakres usług testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silnym zespołem pracowników, którzy uważnie śledzą światowe osiągnięcia nauki i technologii oraz stale się rozwijają. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodnie z normą ASTM E23 „Metody badań udarności prętów z karbem materiałów metalowych”.