Сертификат испытания ударной вязкости фиксирует результаты испытаний ударной вязкости по методу Charpy V-образной выемки, проведённых на образцах, вырезанных из материала или сварного соединения. Он количественно определяет сопротивление материала хрупкому разрушению при заданной низкой температуре — критическое свойство для сосудов высокого давления, трубопроводов и конструктивных элементов, работающих при температурах ниже комнатной.
Краткий ответ
Quick Answer
Сертификат испытания ударной вязкости по методу Charpy указывает поглощённую энергию (в джоулях или фут-фунтах), измеренную при ударе по образцу с выемкой маятниковым молотом при определённой температуре. Используется для проверки того, что материал соответствует минимальным требованиям по вязкости применимой спецификации или кода, особенно для приложений при низких температурах или криогенном сервисе.
Почему ударная вязкость важна
Металлы могут проявлять переход с пластического разрушения на хрупкое (DBTT) при понижении температуры. Выше температуры перехода разрушение пластическое (поглощает значительную энергию, пластическая деформация). Ниже неё разрушение хрупкое (низкая поглощённая энергия, незначительная деформация, катастрофическое разрушение).
Для углеродистых и низколегированных сталей этот переход происходит в диапазоне от -50°C до +50°C в зависимости от состава и микроструктуры. Аустенитные нержавеющие стали и большинство никелевых сплавов не проявляют перехода с пластического на хрупкое разрушение и сохраняют хорошую вязкость при криогенных температурах.
Сосуды высокого давления, работающие в холодных климатах, при криогенном сервисе и в приложениях СПГ требуют материал с гарантированной минимальной вязкостью при минимальной расчётной температуре металла (MDMT) для предотвращения катастрофического хрупкого разрушения.
Метод испытания ударной вязкости по Charpy V-образной выемке
Геометрия образца: стержень размером 10 мм × 10 мм × 55 мм с V-образной выемкой глубиной 2 мм и углом 45° в середине длины. Образцы уменьшенного размера (7,5 мм × 10 мм или 5 мм × 10 мм) используются, когда толщина материала недостаточна для образцов полного размера.
Процедура испытания (ASTM A370, EN ISO 148-1):
- Образец охлаждают (или нагревают) до указанной температуры испытания в жидкой ванне и переносят на опору в течение 5 секунд после извлечения
- Маятниковый молот 300 Дж (или больше) ударяет по образцу с противоположной стороне от выемки
- Поглощённая энергия при разрушении образца измеряется по остаточному качанию маятника
- Поверхность разрушения осматривается — может быть указан процент площади сдвига и боковое раскрытие
Единицы: Джоули (Дж) согласно стандартам EN; фут-фунты (ft-lb) согласно ASTM. Конвертация: 1 ft-lb = 1.356 Дж.
Выбор температуры испытания
Температура испытания выбирается на основе MDMT оборудования:
| Стандарт | Правило температуры испытания |
|---|---|
| ASME VIII-1 | По кривым температуры испытания ударной вязкости UCS-66/UCS-66M или MDMT, указанной на табличке |
| ASME B31.3 | Как VIII-1 для кривых материала трубопроводов |
| EN 13480 | Минимальная рабочая температура (LOT) или расчётная температура, в зависимости от того, что ниже |
| API 5L PSL2 | Указана в обозначении класса трубы (например, X65 QO при -20°C) |
| EN 10028-3 | Температура испытания, специфичная для класса (например, P355NL1 испытывается при -40°C) |
Для квалификации процедуры сварки (ASME IX QW-406.31) требуемая температура испытания Charpy указывается ссылающимся кодом (например, ASME VIII-1 или B31.3) при запросе дополнительного существенного переменного испытания ударной вязкости.
Минимальные требования к энергии
Критерии приемки варьируются в зависимости от кода и приложения. Типичные эталоны:
| Стандарт / приложение | Минимальная средняя энергия | Минимальное отдельное значение |
|---|---|---|
| ASME VIII Div. 1 (UG-84) | 27 Дж (20 ft-lb) для полного размера | 19 Дж (14 ft-lb) |
| EN 10028-4 (криогенная листовая сталь) | 27-47 Дж в зависимости от класса | 70% минимума среднего |
| API 5L PSL2 (корпус) | 40 Дж (29 ft-lb) для X65 и выше | 27 Дж (20 ft-lb) |
| NORSOK MDS (Y30) | 45 Дж в среднем при -46°C | 30 Дж |
| DNV-ST-F101 подводный трубопровод | 100 Дж минимум в зависимости от класса | — |
Для образцов уменьшенного размера минимальные значения пропорционально снижаются. ASME VIII-1 UG-84(b)(4) указывает коэффициенты корректировки.
Что должен содержать сертификат испытания ударной вязкости
- Идентификация материала — номер плавки/партии, спецификация, класс, форма продукции, размеры
- Испытательная лаборатория — название, номер аккредитации ISO 17025
- Применимый стандарт испытания — ASTM A370 или EN ISO 148-1
- Размеры образца — полный размер или уменьшенный размер (при наличии указать коэффициент сокращения)
- Ориентация выемки — поперечная (T-L или T-S) или продольная (L-T) по отношению к направлению прокатки; ориентация значительно влияет на результаты
- Температура испытания — указанная и фактическая (температура ванны со ссылкой на калибровку)
- Результаты отдельных образцов — поглощённая энергия для каждого образца (обычно 3 образца на серию)
- Средняя поглощённая энергия — рассчитывается из трёх результатов
- Внешний вид разрушения — % площади сдвига (если требуется)
- Боковое раскрытие (если требуется спецификацией)
- Прошёл / Не прошёл в соответствии с указанными критериями приемки
- Подпись специалиста и разрешение лаборатории
Испытание ударной вязкости сварных соединений (PQR)
Когда испытание ударной вязкости требуется для квалификации процедуры сварки, образцы берут из трёх мест:
- Металл сварного шва (WM): Образцы в центре наплавленного металла
- Линия сплавления (FL): Выемка в центре линии сплавления между сварным швом и основным металлом
- Зона термического влияния (HAZ): Выемка на расстоянии 2 мм от линии сплавления в зону термического влияния
Все три серии должны соответствовать минимальным требованиям по энергии. Результаты зоны термического влияния часто наиболее сложны для прохождения, поскольку микроструктура в крупнозёрнистой зоне термического влияния, как правило, менее вязкая, чем основной металл или наплавленный металл.
В чём разница между испытаниями ударной вязкости Charpy и Izod?
Оба измеряют поглощённую энергию в образце с выемкой, ударяемом маятником. Образец Charpy поддерживается с обоих концов и ударяется в середине; образец Izod консольно закреплён (с одного конца) и ударяется около выемки. Charpy — стандартный метод для металлов в индустриальных кодексах и кодексах сосудов высокого давления. Izod используется в основном при испытании пластмасс.
Требуется ли испытание ударной вязкости по методу Charpy для аустенитной нержавеющей стали?
Как правило, нет. Аустенитные нержавеющие стали (серия 300), сплавы на основе никеля и большинство цветных сплавов не проявляют перехода с пластического на хрупкое разрушение и сохраняют хорошую вязкость при криогенных температурах. ASME VIII-1 освобождает эти материалы от испытаний ударной вязкости в большинстве приложений. Однако металл сварного шва в аустенитных сварных швах может подвергаться испытанию ударной вязкости, когда ссылающийся код это специально требует.
Что вызывает отказ плавки стали при испытании ударной вязкости по методу Charpy?
Типичные причины: высокое содержание серы и фосфора (сульфидные включения снижают вязкость), крупное зёрно от ненадлежащей термической обработки, высокое содержание углерода или низкое содержание марганца, наличие микроструктур бейнита или мартенсита от быстрого охлаждения, неправильная ориентация образца (использование продольных образцов там, где требуется поперечная ориентация).
Могут ли результаты испытания ударной вязкости быть переиспытаны, если один образец не пройдёт?
Да, согласно определённому протоколу переиспытания. ASTM A370 Дополнительное требование S5 и EN ISO 148-1 разрешают переиспытание, если не более одного образца падает ниже минимального отдельного значения и среднее значение всё ещё соответствует минимуму. Переиспытание трёх дополнительных образцов может быть выполнено; все три должны соответствовать минимальному среднему, и ни один отдельный образец не может падать ниже двух третей минимума среднего.
Что такое MDMT и как она связана с испытанием ударной вязкости?
MDMT (минимальная расчётная температура металла) — это самая низкая температура, при которой сосуд высокого давления предназначен для работы в условиях полного давления. ASME VIII-1 требует, чтобы материал и его сварные швы подвергались испытанию ударной вязкости при или ниже MDMT, если комбинация класса материала, толщины и температуры не попадает в кривые исключения UCS-66. MDMT постоянно отмечается на табличке законченного сосуда.
Ready to automate your certificate workflow?
Try TestCert free