🔩 Praca łamania metali — próba udarności Charpy'ego (próbki z karbem V i U, młot wahadłowy)

Materiały i NDT PN-EN ISO 148-1

Krótko: o co chodzi

Próbkę 55 mm × 10 mm × 10 mm z karbem V (45°, głębokość 2 mm, promień dna 0,25 mm) lub U łamie się jednym uderzeniem wahadła; energię pochłoniętą KV lub KU odczytuje się po korekcie na tarcie. Badanie wykonuje się według normy PN-EN ISO 148-1:2017-02; Próbka znormalizowana: Długość 55 mm, przekrój kwadratowy o boku 10 mm, karb pośrodku długości. Procedura obejmuje 8 kroków; stosuje się je m.in. do: Odbiór stali konstrukcyjnych i wyrobów hutniczych (praca łamania KV w zadanej temperaturze), Wyznaczanie temperatury przejścia w stan kruchy z serii prób w różnych temperaturach, Kontrola złączy spawanych: próbki z materiału rodzimego, spoiny i strefy wpływu ciepła.

W skrócie

Norma: PN-EN ISO 148-1:2017-02
Kategoria: Materiały i NDT
Kroków procedury: 8
Próbka znormalizowana: Długość 55 mm, przekrój kwadratowy o boku 10 mm, karb pośrodku długości
Karb V: Kąt rozwarcia 45°, głębokość 2 mm, promień dna 0,25 mm
Karb U: Promień dna 1 mm (o ile nie określono inaczej)

Przegląd

Norma określa metodę próby udarności sposobem Charpy'ego (karb V i karb U) do wyznaczania energii pochłoniętej podczas łamania próbek metalowych; nie obejmuje badań instrumentowanych, które opisuje ISO 14556. Próba polega na złamaniu próbki z karbem jednym uderzeniem wahadła; karb ma określoną geometrię i leży pośrodku między dwiema podporami, po stronie przeciwnej do miejsca uderzenia.

Ponieważ udarność wielu materiałów metalowych zależy od temperatury, badania wykonuje się w określonej temperaturze; przy temperaturze innej niż otoczenia próbkę nagrzewa się lub chłodzi w kontrolowanych warunkach. Próba Charpy'ego jest często stosowana jako rutynowe badanie odbiorcze typu „spełnia/nie spełnia" o dużej przepustowości; w pracach badawczych i projektowych analizuje się natomiast wartości energii i to, czy próbka została całkowicie złamana, częściowo złamana, czy tylko odkształcona plastycznie. Wyniki uzyskane młotami z różnymi promieniami noża i na próbkach o różnych kształtach nie są bezpośrednio porównywalne — dlatego oprócz zgodności z ISO 148 istotne jest pełne raportowanie typu młota, próbki i stanu próbek po badaniu.

Okręgowy Urząd Miar w Łodzi, akredytowany przez PCA w zakresie wzorcowania młotów Charpy'ego, opisuje metodę „bezpośrednią" sprawdzania: energię pochłoniętą oblicza się jako różnicę energii potencjalnej wahadła między położeniem początkowym (kąt α, zwykle 150°–160°) a końcowym (kąt β) ze wzoru K = Fg · l · (cos β − cos α), gdzie Fg to siła ciężkości wahadła, a l — długość wahadła; najczęściej używane młoty mają energię nominalną 300 J.

Zasada metody

Próbka z karbem leży swobodnie na dwóch podporach, opierając się o kowadełka, tak aby płaszczyzna symetrii karbu znajdowała się w granicach 0,5 mm od płaszczyzny środkowej między kowadełkami. Zwolnione wahadło uderza nożem w płaszczyźnie symetrii karbu, po stronie przeciwnej do karbu, i łamie próbkę jednym uderzeniem. Część energii wahadła zostaje pochłonięta przez próbkę, a pozostała unosi wahadło na kąt β, który jest miarą odporności próbki na uderzenie — im mniejszy kąt, tym więcej energii pochłonęła próbka. Wynik odczytuje się z tarczy młota, wyskalowanej w stopniach lub bezpośrednio w jednostkach energii, i koryguje o straty na tarcie. Energię oznacza się jako KV lub KU, z indeksem 2 lub 8 wskazującym promień noża (np. KV2). Oprócz energii pochłoniętej wyznacza się zwykle poszerzenie boczne i udział przełomu ciągliwego.

Zastosowania

Odbiór stali konstrukcyjnych i wyrobów hutniczych (praca łamania KV w zadanej temperaturze)
Wyznaczanie temperatury przejścia w stan kruchy z serii prób w różnych temperaturach
Kontrola złączy spawanych: próbki z materiału rodzimego, spoiny i strefy wpływu ciepła
Ocena skutków obróbki cieplnej i starzenia materiału
Wzorcowanie i sprawdzanie młotów wahadłowych metodą bezpośrednią (urzędy miar, laboratoria wzorcujące)

Kluczowe parametry

Parametr	Wartość
Próbka znormalizowana	Długość 55 mm, przekrój kwadratowy o boku 10 mm, karb pośrodku długości
Karb V	Kąt rozwarcia 45°, głębokość 2 mm, promień dna 0,25 mm
Karb U	Promień dna 1 mm (o ile nie określono inaczej)
Próbki pomniejszone	Grubość 7,5 mm, 5 mm lub 2,5 mm, gdy nie można pobrać próbki znormalizowanej
Nóż wahadła	Promień 2 mm albo 8 mm — zapisywany jako indeks (KV2, KV8, KU2, KU8); wyniki dla obu noży mogą się różnić
Energia nominalna młota	Wartość podana przez wytwórcę; najczęściej stosowane młoty mają 300 J (dane Okręgowego Urzędu Miar w Łodzi)

Norma

Numer normy: PN-EN ISO 148-1:2017-02
Tytuł (PL): Metale — Próba udarności sposobem Charpy'ego — Część 1: Metoda badania
Title (EN): Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method

Procedura krok po kroku

Przygotowanie próbek

Wykonać próbki 55 mm o przekroju 10 mm × 10 mm z karbem V lub U; przy braku możliwości pobrania próbki znormalizowanej użyć próbki pomniejszonej (7,5 / 5 / 2,5 mm). Karb wykonać starannie, aby dno było wolne od śladów obróbki; płaszczyzna symetrii karbu prostopadle do osi wzdłużnej próbki. Materiały obrabiane cieplnie: obróbka wykańczająca i karbowanie po ostatecznej obróbce cieplnej.
Oznakowanie

Próbkę można znakować na powierzchni niestykającej się z podporami, kowadełkami ani nożem, w miejscu, w którym odkształcenie i nieciągłości od znakowania nie wpłyną na energię pochłoniętą.
Sprawdzenie tarcia

Każdego dnia przed pierwszym badaniem sprawdzić energię pochłanianą przez tarcie: uruchomić młot bez próbki i odczytać kąt wzniosu β1 (lub K1), następnie bez zerowania wskaźnika wykonać drugi przebieg i odczytać β2 (K2); strata na tarciu wskaźnika p = M(cos β1 − cos β2) lub p = K1 − K2.
Straty od łożysk i oporu powietrza

Po wyznaczeniu β2 wrócić wahadłem do położenia początkowego i bez zerowania wskaźnika zwolnić je, pozwalając wykonać 10 półwahnięć; po rozpoczęciu 11. przesunąć wskaźnik do ok. 5 % zakresu i zapisać β3 (K3). Straty na jedno półwahnięcie: p′ = 1/10 · M(cos β3 − cos β2).
Temperatura badania

Badanie prowadzić w określonej temperaturze; przy temperaturze innej niż otoczenia próbkę nagrzać lub schłodzić w kontrolowanych warunkach.
Ustawienie próbki

Ułożyć próbkę równo na kowadełkach, z płaszczyzną symetrii karbu w granicach 0,5 mm od płaszczyzny środkowej między kowadełkami, karbem po stronie przeciwnej do uderzenia.
Uderzenie i odczyt

Zwolnić wahadło i złamać próbkę jednym uderzeniem; odczytać energię pochłoniętą z tarczy (lub obliczyć z kąta wzniosu), uwzględniając korektę na tarcie. Oznaczyć wynik jako KV2, KV8, KU2 lub KU8.
Ocena przełomu i sprawozdanie

Wyznaczyć zwykle także poszerzenie boczne i udział przełomu ciągliwego; opisać stan próbek po badaniu (złamana całkowicie, częściowo, odkształcona) oraz typ młota i próbki — bez tego wyniki nie są porównywalne między laboratoriami.

Wymagany sprzęt i aparatura

Sprzęt	Przykład	Orientacyjna cena
Młot wahadłowy Charpy’ego	Zainstalowany i sprawdzony zgodnie z ISO 148-2; tarcza wyskalowana w stopniach lub w jednostkach energii	—
Nóż wahadła	O promieniu 2 mm lub 8 mm, zgodnie ze specyfikacją wyrobu	—
Podpory i kowadełka	Ustalające położenie próbki; przy próbkach pomniejszonych stosuje się podkładki centrujące	—
Urządzenie do nagrzewania lub chłodzenia próbek	Do badań w temperaturze innej niż otoczenia, z kontrolą warunków	—
Przyrządy pomiarowe do próbek	Do sprawdzenia wymiarów próbki i karbu; pomiary z zachowaniem spójności pomiarowej	—
Wyposażenie do wzorcowania	Pomiar siły ciężkości wahadła, długości wahadła i kątów α i β — metoda bezpośrednia wg Okręgowego Urzędu Miar	—

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

Wahadło o energii do 300 J — osłony stanowiska zamknięte, strefa wahania wolna od ludzi, blokada wahadła przy zakładaniu próbki
Odłamki próbki wyrzucane z dużą prędkością — osłona i okulary ochronne
Próbki chłodzone (np. w cieczy chłodzącej) i nagrzewane — rękawice termiczne, szczypce do przenoszenia
Ostre krawędzie karbu i odłamków — rękawice przy zbieraniu próbek po badaniu

Najczęstsze pytania

Jaka norma opisuje to badanie?

Badanie wykonuje się według normy PN-EN ISO 148-1:2017-02 — „Metale — Próba udarności sposobem Charpy'ego — Część 1: Metoda badania”. Tytuł angielski: „Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method”.

Na czym polega ta metoda?

Jaki jest zakres pomiarowy i dokładność?

Próbka znormalizowana: Długość 55 mm, przekrój kwadratowy o boku 10 mm, karb pośrodku długości; Karb V: Kąt rozwarcia 45°, głębokość 2 mm, promień dna 0,25 mm; Karb U: Promień dna 1 mm (o ile nie określono inaczej); Próbki pomniejszone: Grubość 7,5 mm, 5 mm lub 2,5 mm, gdy nie można pobrać próbki znormalizowanej.

Ile trwa wykonanie badania?

Procedura obejmuje 8 kroków. Norma nie podaje czasu trwania dla wszystkich etapów — decyduje procedura laboratorium.

Jaki sprzęt jest potrzebny?

Młot wahadłowy Charpy’ego, Nóż wahadła, Podpory i kowadełka, Urządzenie do nagrzewania lub chłodzenia próbek, Przyrządy pomiarowe do próbek, Wyposażenie do wzorcowania.

Gdzie stosuje się to badanie?

Odbiór stali konstrukcyjnych i wyrobów hutniczych (praca łamania KV w zadanej temperaturze); Wyznaczanie temperatury przejścia w stan kruchy z serii prób w różnych temperaturach; Kontrola złączy spawanych: próbki z materiału rodzimego, spoiny i strefy wpływu ciepła; Ocena skutków obróbki cieplnej i starzenia materiału; Wzorcowanie i sprawdzanie młotów wahadłowych metodą bezpośrednią (urzędy miar, laboratoria wzorcujące).

Jakie środki ostrożności obowiązują?

Wahadło o energii do 300 J — osłony stanowiska zamknięte, strefa wahania wolna od ludzi, blokada wahadła przy zakładaniu próbki; Odłamki próbki wyrzucane z dużą prędkością — osłona i okulary ochronne; Próbki chłodzone (np. w cieczy chłodzącej) i nagrzewane — rękawice termiczne, szczypce do przenoszenia; Ostre krawędzie karbu i odłamków — rękawice przy zbieraniu próbek po badaniu.

Które laboratorium wykona to badanie?

Badanie wykonują laboratoria akredytowane według ISO/IEC 17025. Na LabCoda wyszukasz je po numerze normy PN-EN ISO 148-1.

🔍 Znajdź laboratorium wykonujące to badanie