Spis treści
Udarność stali to inaczej miara jej kruchości, która wynika bezpośrednio z pracy koniecznej do wykonania w celu uzyskania dynamicznego złamania próbki. Oprócz tego odnosi się także do jej przekroju poprzecznego. W ogólności i uproszczeniu termin ten tłumaczy się po prostu na energię łamania stali. W jaki sposób na parametr ten wpływa temperatura, jakie normy go określają, a także, w jaki sposób przeprowadza się na próbce badanie w opisywanym zakresie? Na te oraz wiele innych pytań pokrewnych odpowiadamy poniżej.
Próba udarności metodą Charpy’ego
Badania w zakresie udarności stali nierdzewnej przeprowadza się bazując na metodzie Charpy’ego. Zanim przejdziemy jednak do omówienia związanych z nią szczegółów, zdefiniujmy sobie najbardziej elementarne pojęcia. Ponieważ wyjaśniliśmy już, czym jest sama udarność stali, wspomnijmy jeszcze o zjawisku udaru oraz próbach udarowych.
Pierwszy z tych terminów określa zjawisko mogące zajść w obrębie próbki czy określonej części danej konstrukcji podczas ponadprzeciętnie wysokich przyspieszeń przekładających się na gwałtowne zmiany prędkości. Drugi natomiast, czyli właśnie próby udarowe – nie mylić z próbami udarności – to z kolei badanie mające w swoim rezultacie dostarczyć badaczom informację na temat tego, czy, a jeśli tak, to jak bardzo intensywnie, wpływa na przejście stali w stan kruchy dynamiczne zwiększenie prędkości obciążenia, a co za tym idzie również szybkości odkształcania. Jak pokazuje praktyka, przy zwiększonej prędkości odkształcania stal wykazuje również wyraźną tendencję do poprawy swoich właściwości w zakresie wytrzymałości oraz plastyczności.
Poznawszy już wspomniane wcześniej ogólne pojęcia odnoszące się do udarności stali, przejdźmy teraz do konkretów, wyjaśniając, w jaki sposób zbadać ten parametr materiału. W tym celu należy posłużyć się właśnie metodą Charpy’ego, polegającą na złamaniu pojedynczym uderzeniem wahadłowego młota osadzonej w ramach dwóch podpór próbki. Próbki mogą mieć karb o ściśle określonych wymiarach i kształtach albo mogą być go pozbawione, a celem samego badania jest ustalenie ilości pracy niezbędnej do ich złamania. Sam karb potrzebny jest do skoncentrowania zachodzących naprężeń w obrębie konkretnej części poddawanej testom próbki.
Zgodnie z założeniami metody Charpy’ego poprzez udarność stali rozumieć należy pracę niezbędną do dynamicznego złamania próbki w odniesieniu do – jeśli próbka nie ma karbu – 1 m2 jej przekroju albo do przekroju w miejscu umieszczenia karbu, jeżeli próbka jest w takowy wyposażona.
Udarność stali a temperatura, głębokość karbu oraz skład chemiczny materiału
Udarność stali nierdzewnej wynika z wielu różnorodnych czynników, takich jak przekrój próbki, wymiary i kształt jej oraz samego karbu, stan powierzchni, a także aspekty związane z warunkami przeprowadzania badania, w tym w szczególności temperatura oraz prędkość obciążenia.
Jak pokazuje doświadczenie, kluczowy wpływ na udarność stali ma przede wszystkim głębokość oraz sposób ukształtowania karbu. Parametr ów zmniejsza się tym bardziej, im ostrzejszy oraz głębszy jest właśnie karb.
Oprócz tego niezwykle istotna jest także temperatura. W przypadku stali każdy stop ma pewną wartość graniczną, określaną jako tzw. temperatura krytyczna. Po zejściu poniżej wyznaczonego przez nią poziomu udarność bardzo szybko się zmniejsza. Powyżej niego natomiast funkcjonują dodatkowe przedziały, w ramach których materiał przejawia zwiększoną skłonności do kruszenia, co można łatwo wykryć, przeprowadzając zginanie udarowe w podwyższonej temperaturze.
Ważnym parametrem w kontekście udarności stali jest również jej skład chemiczny, czego dobrym przykładem może być, chociażby obecność w niej węgla. Im więcej zawiera go materiał, tym bardziej redukuje to współczynnik jego udarności.
Jeśli chodzi o konkretne wymogi, które powinny spełniać poszczególne stopy stali w zakresie swojej udarności, w Polsce funkcjonuje wiele norm odnoszących się do produktów różnego typu. W przypadku wyrobów płaskich np. właściwa jest norma PN-EN 10088-2:2014. Zgodnie z nią wszystkie gatunki nierdzewnych stali austenitycznych, z pominięciem jedynie stali 1.4318, muszą odznaczać się energią łamania na poziomie minimalnie 100J w kierunku wzdłużnym oraz co najmniej 60J w poprzecznym. W odniesieniu do stopu 1.4318 zmienia się jedynie minimalna udarność stali w kierunku wzdłużnym, która zmniejszona jest do wartości 90J.
