ما هو Charpy؟
اختبار تأثير شاربي هو اختبار ديناميكي يتم فيه قياس الطاقة الممتصة أثناء كسر عينة على شكل حرف V أو حرف U بواسطة مطرقة بندول. إنه يُظهر صلابة المادة تحت التحميل المفاجئ وسلوكها الانتقالي من الهش إلى المطيل.
الغرض من Charpy
والغرض من ذلك هو التحديد العددي لمقاومة المادة لأحمال الصدمات وتقييم خطر الكسر الهش، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة.
على أي منتجات يُطبَّق Charpy؟
- الفولاذ الهيكلي
- الوصلات الملحومة والمنطقة المتضررة بالحرارة
- مواد أوعية الضغط
- فولاذ خطوط الأنابيب
- المسبوكات والمطروقات
في أي قطاعات يُستخدم Charpy؟
المواصفات المتعلقة بـ Charpy
- ISO 148-1
- أستم E23
- EN 10045
شروط Charpy
- المقطع العرضي للعينة
- 10 مم × 10 مم (قياسي)؛ يتم تطبيق التصحيح على العينات ذات الحجم الفرعي
- نوع الشق
- فتحة على شكل حرف V (عمق 2 مم، 45 درجة) أو فتحة على شكل حرف U
- درجة حرارة الاختبار
- درجة حرارة الغرفة أو درجة حرارة منخفضة وفقًا للمواصفات (على سبيل المثال -20 درجة مئوية، -40 درجة مئوية)
- مدى الدعم
- 40 ملم
جهاز Charpy
- آلة اختبار تأثير البندول (شاربي)
- آلة التطرق إلى الشق
- حمام بدرجة حرارة منخفضة
- نظام قياس درجة الحرارة
متطلبات العينة لـ Charpy
- العينة القياسية 10 × 10 × 55 ملم
- عموما ثلاث عينات لكل مجموعة
- يتم تحديد اتجاه وموقع الشق وفقًا للمواصفات
- بالنسبة لعينات اللحام، يجب تحديد موقع الشق (معدن اللحام، HAZ) بالإضافة إلى ذلك
مدة Charpy
يستغرق الاختبار نفسه بضع دقائق لكل عينة. إذا كانت هناك حاجة إلى درجة حرارة منخفضة، يتم إضافة وقت التكييف؛ الإجمالي النموذجي للمجموعة هو نصف يوم عمل.
إجراء Charpy
- 1يتم إعداد العينات بالحجم والدرجة المحددة في المعيار.
- 2إذا لزم الأمر، يتم تكييف العينات في درجة حرارة الاختبار.
- 3يتم وضع العينة على الدعامات بحيث يكون الشق على الوجه المقابل لتأثير المطرقة.
- 4يتم تحرير البندول وقراءة الطاقة الممتصة.
- 5يتم فحص سطح الكسر. يتم تسجيل نسبة اللدونة / الهشاشة والتوسع الجانبي.
معايير قبول Charpy
يتم تحديد معيار القبول في معيار المادة أو المنتج؛ يتم تعريفها بشكل عام على أنها الحد الأدنى لمتوسط الطاقة عند درجة حرارة محددة، مع حد أدنى لعينة واحدة.
تقييم النتائج
يتم تقييم المتوسط المحدد والقيم الفردية معًا. يعطي مظهر سطح الكسر والتمدد الجانبي معلومات إضافية حول التحول من الهش إلى اللدن.
تقرير Charpy
- المعيار التطبيقي والمراجعة
- حجم العينة ونوع الشق والموقع
- درجة حرارة الاختبار
- الطاقة الممتصة لكل عينة والمعدل المحدد
- تقييم سطح الكسر
الاعتماد
حصلت EUROLAB على اعتماد معترف به دوليًا تم الحصول عليه من هيئات الاعتماد الأطراف في ترتيبات الاعتراف المتعددة الأطراف IAF وILAC، بموجب ISO/IEC 17025 للاختبارات المعملية، وISO/IEC 17020 للتفتيش والمراقبة، وISO/IEC 17021-1 وISO/IEC 17065 لشهادة النظام والمنتجات. تضمن هذه السلسلة قبول التقارير والشهادات الصادرة في جميع أنحاء العالم.
تعتمد إمكانية تقديم هذا الاختبار ضمن النطاق المعتمد على منتجك والمعيار المطبق؛ وبما أن الاعتماد يعتمد على الطريقة، يتم تأكيد النطاق كتابيًا في مرحلة عرض الأسعار.
النطاق والتفويضاتاللوائح ذات الصلة
- أوعية الضغط ومعايير منتجات الصلب الهيكلي
- متطلبات تأهيل إجراءات اللحام
اختبارات البلاستيك — ما الذي يغطيه مجال الاختبار هذا؟
يصف القسم أدناه المجال الذي ينتمي إليه اختبار Charpy؛ أما شروط ومعايير قبول هذا الاختبار تحديدًا فترد في الأقسام أعلاه. يتم تأكيد النطاق الخاص بمنتجكم كتابيًا في مرحلة العرض السعري.
تحدد اختبارات البلاستيك السلوك الميكانيكي والحراري وسلوك الاحتراق لمادة بوليمرية. على عكس المعادن، فإن البلاستيك لَزِج مرن: يعتمد سلوكه على سرعة التحميل ودرجة الحرارة والرطوبة. لذلك تعطي المادة نفسها نتائج مختلفة في ظروف مختلفة، وتُعد ظروف الاختبار جزءًا لا ينفصل عن النتيجة.
النتيجة العملية للُّزوجة المرنة هي كالتالي: يستمر الجزء البلاستيكي في التشوه بمرور الوقت تحت حمل ثابت (الزحف)، وينخفض الإجهاد الذي يتحمله عند تشوه ثابت بمرور الوقت (استرخاء الإجهاد). يرتخي وصل ملولب، ويفقد مشبك قوة شده، ويترهل رف بمرور الوقت. لا يُظهر اختبار الشد القصير المدى هذا السلوك؛ بل يلزم اختبار طويل المدى أو نموذج متسارع.
السلوك الحراري هو المحور الرئيسي الثاني. يشير معدل تدفق الانصهار إلى قابلية تشكيل المادة واتساق الدفعات؛ وتعطي درجة حرارة الانحراف الحراري ونقطة تليّن فيكات حدًا تقريبيًا لدرجة حرارة الخدمة. أما التحليل الحراري (DSC وTGA وDMA) فيكشف هوية المادة: درجة حرارة الانتقال الزجاجي، وسلوك الانصهار، والتبلور، ونسبة الحشو، ودرجة حرارة التحلل.
سلوك الاحتراق هو المحور الثالث ويرتبط مباشرة بمعايير المنتج. تُكتب فئة UL 94 ومؤشر الأكسجين الحدّي في نشرة بيانات المادة؛ ويُطلب صنف معين لغلاف جهاز كهربائي، بينما يُطبَّق نظام تصنيف مختلف على منتج إنشائي.
التقادم هو الجزء الأكثر تخطيًا في هذا المجال. تتحلل البلاستيك تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والحرارة والرطوبة والأكسجين: يتغير اللون، ويتشقق السطح، وتنخفض مقاومة الصدم. بالنسبة لجزء مخصص للاستخدام الخارجي، فإن المهم ليس قيمه في اليوم الأول بل قيمه بعد التقادم. تعمل أجهزة القوس الزينوني والأشعة فوق البنفسجية الفلورية على تسريع هذا التحلل وإتاحة المقارنة.
تُكتب نتيجة هذه الفئة عادةً في نشرة بيانات المادة، وتشير معايير المنتج إلى تلك النشرة. لكن قد يكون هناك فرق بين قيمة النشرة وسلوك الجزء الفعلي: فالتوجه الناتج أثناء القولبة، وخطوط اللحام، والإجهادات الداخلية تجعل الجزء يتصرف بشكل مختلف عن العينة.
أضاف استخدام المحتوى المعاد تدويره سؤالًا جديدًا إلى هذا المجال. تتفاوت الراتنجات المعاد تدويرها من دفعة إلى أخرى؛ وقد تتغير الخصائص الميكانيكية واللون وسلوك الاحتراق بين الدفعات. لذلك فإن فحص المواد الواردة ليس خيارًا بل ضرورة للمصنّع الذي يستخدم مواد معاد تدويرها.
مجموعات الطرق في هذا المجال
ميكانيكي
الشد، والضغط، والانحناء، وصدمة تشاربي وإيزود، والصلادة (شور)، والزحف، والتشقق الإجهادي البيئي.
حراري
مؤشر تدفق الانصهار (MFI)، درجة حرارة الانحراف الحراري (HDT)، درجة حرارة تليّن فيكات، التمدد الحراري الخطي.
التحليل الحراري
درجات حرارة الانتقال والتبلور بواسطة DSC، والتركيب والتحلل بواسطة TGA، والسلوك الميكانيكي الديناميكي بواسطة DMA.
الاحتراق
تصنيف UL 94، مؤشر الأكسجين الحدّي (LOI)، اختبارات السلك المتوهج ولهب الإبرة.
شيخوخة
التقادم المتسارع بالقوس الزينوني والأشعة فوق البنفسجية الفلورية، التقادم بالهواء الساخن، الرطوبة والتكاثف.
فيزيائي
الكثافة، امتصاص الماء، محتوى الرماد، نفاذية الغاز وبخار الماء في الأغشية والصفائح.
أمور يشيع الخلط بينها في هذا المجال
- لا يمكن تفسير نتيجة اختبار بلاستيك دون تحديد سرعة الاختبار ودرجة حرارته؛ فالسلوك اللَّزِج المرن يعتمد على هذين المعلمين.
- لا تنتقل نتيجة العينة مباشرة إلى الجزء الفعلي؛ فالتوجه الناتج عن القولبة وخطوط اللحام عاملان حاسمان.
- قيم HDT وفيكات ليست درجات حرارة خدمة؛ بل هي إشارة تقريبية إلى حد أعلى ولا تسري تحت الحمل.
- تعتمد فئة UL 94 على السماكة؛ ويتطلب سُمك جدار مختلف إعادة التحقق.
- بالنسبة للبوليمرات الماصة للرطوبة (مثل البولي أميد)، تكون النتائج مضللة ما لم تُجرَ عملية تكييف.
- نتائج ASTM D638 وISO 527 ليست متكافئة بشكل مباشر؛ تختلف هندسة العينة وتعريفات المعدل.
ما القرارات التي تدعمها هذه النتائج
- اختيار المواد واعتماد الموردين
- تلبية متطلبات القابلية للاشتعال والمتطلبات الحرارية في معيار المنتج
- التحقق من استخدام المحتوى المعاد تدويره ومراقبة الدفعات
- التحكم في عملية القولبة واتساق الدفعات
- إثبات مقاومة التقادم للاستخدام الخارجي
الاختبارات ذات الصلة
الأسئلة الشائعة حول Charpy
ما هو الفرق بين شاربي وإيزود؟
كلاهما اختبارات تأثير البندول. في شاربي، تكون العينة أفقية ومدعومة عند نقطتين، مع تأثير الضربة في الجهة المقابلة للشق؛ في إيزود، يتم تثبيت العينة عموديًا على شكل ناتئ ويتم تطبيق التأثير على جانب الشق. لا يمكن تحويل النتائج بين الاثنين.
كم عدد العينات المطلوبة؟
مطلوب بشكل عام مجموعة من ثلاث عينات لكل درجة حرارة. إذا كان سيتم إنتاج منحنى درجة الحرارة الانتقالية، يلزم ضبط درجات حرارة متعددة.