---
title: "Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška"
description: "Zjistěte, jak zkoušení Charpyho metodou měří rázovou houževnatost a jak teplota, geometrie vrubu, orientace a normy ovlivňují výsledky."
canonical: https://steelequivalents.com/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka
language: cs
robots: index, follow
og_type: article
type: wiki-article
language_alternates:
  en: https://steelequivalents.com/wiki/reading-a-datasheet/steel-impact-toughness-and-charpy-testing.md
  cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka.md
  de: https://steelequivalents.com/de/wiki/werkstoffdatenblatt-lesen/kerbschlagzähigkeit-von-stahl-und-charpy-prüfung.md
  es: https://steelequivalents.com/es/wiki/leer-una-ficha-técnica/tenacidad-al-impacto-del-acero-y-ensayo-charpy.md
  fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/lire-une-fiche-technique/résilience-des-aciers-aux-chocs-et-essais-charpy.md
  hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/anyagadatlap/az-acél-ütőszívóssága-és-a-charpy-vizsgálat.md
  it: https://steelequivalents.com/it/wiki/leggere-una-scheda-tecnica/resilienza-all-urto-dell-acciaio-e-prova-charpy.md
  nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/materiaaldatablad/kerfslagtaaiheid-van-staal-en-charpy-proeven.md
  pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/karta-materiałowa/udarność-stali-i-badanie-metodą-charpy-ego.md
  pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/ler-uma-ficha-técnica/tenacidade-ao-impacto-do-aço-e-ensaio-de-charpy.md
  ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/характеристики-стали/ударная-вязкость-стали-и-испытания-по-шарпи.md
  tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/teknik-veri-sayfası/çeliğin-darbe-tokluğu-ve-charpy-testi.md
  zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/如何读懂材料数据表/钢材冲击韧性与夏比试验.md
  ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/鋼材データシートの読み方/鋼材の衝撃靭性とシャルピー試験.md
  ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/قراءة-ورقة-البيانات/متانة-الصلب-ضد-الصدمات-واختبار-شاربي.md
  ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/강재-물성표-읽는-법/강철의-충격-인성-및-샤르피-시험.md
  pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/ler-uma-ficha-técnica/tenacidade-ao-impacto-do-aço-e-ensaio-charpy.md
  hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/डेटाशीट-कैसे-पढ़ें/इस्पात-की-आघात-कठोरता-और-चार्पी-परीक्षण.md
content_hash: sha256:34a6c51a4a398d7f8dfdd156093a4e2adcc4281a8bdc98ddc274f34be603bd72
generated: 2026-09-26
---

> **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page,
> served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML.
> Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka
> Canonical URL: https://steelequivalents.com/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka
> Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi
> Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything
> below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real
> content change; `generated` moves on every render and is not a change signal.

![Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška](/images/uploads/b1c5397a-20d3-4ca5-b6b5-4e02e1f19ff3/wiki-hero-a-standardized-charpy-v-notch-steel-specimen-being-struck-by-a-pendulum-impact-t-1920x823.jpg)

Jak číst materiálový list

# Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška

Zjistěte, jak zkoušení Charpyho metodou měří rázovou houževnatost a jak teplota, geometrie vrubu, orientace a normy ovlivňují výsledky.

![Portrét Anderse Bergströma, reportéra ocelářského průmyslu](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg)

 **[Anders Bergström](/cs/novinky/autor/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Jak číst materiálový list 41 min čtení Aktualizováno 14. 8. 2026 Ověřeno odbornou literaturou

  Na této stránceNa této stránce

- [Co znamená rázová houževnatost oceli — a co neznamená Charpyho energie](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#co-znamená-rázová-houževnatost-oceli-a-co-neznamená-charpyho-energie "Co znamená rázová houževnatost oceli — a co neznamená Charpyho energie")
- [Charpyho kyvadlová zkouška: zkušební těleso, vrub a lomový děj](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#charpyho-kyvadlová-zkouška-zkušební-těleso-vrub-a-lomový-děj "Charpyho kyvadlová zkouška: zkušební těleso, vrub a lomový děj")
- [ASTM E23, ISO 148-1:2016 a ISO 14556:2023](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#astm-e23-iso-148-1-2016-a-iso-14556-2023 "ASTM E23, ISO 148-1:2016 a ISO 14556:2023")
- [Ověření a kalibrace stroje a věrohodnost výsledku](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#ověření-a-kalibrace-stroje-a-věrohodnost-výsledku "Ověření a kalibrace stroje a věrohodnost výsledku")
- [Teplota, feritické oceli a přechod z houževnatého na křehký lom](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#teplota-feritické-oceli-a-přechod-z-houževnatého-na-křehký-lom "Teplota, feritické oceli a přechod z houževnatého na křehký lom")
- [Historie odběru vzorků, orientace a zpracování oceli](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#historie-odběru-vzorků-orientace-a-zpracování-oceli "Historie odběru vzorků, orientace a zpracování oceli")
- [Vzhled lomu, smyková plocha, štěpení a boční drážky](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#vzhled-lomu-smyková-plocha-štěpení-a-boční-drážky "Vzhled lomu, smyková plocha, štěpení a boční drážky")
- [Instrumentovaná Charpyho zkouška a informace, které mohou poskytnout další signály](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#instrumentovaná-charpyho-zkouška-a-informace-které-mohou-poskytnout-další-signály "Instrumentovaná Charpyho zkouška a informace, které mohou poskytnout další signály")
- [Od Charpyho energie k lomové houževnatosti a zastavení trhliny](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#od-charpyho-energie-k-lomové-houževnatosti-a-zastavení-trhliny "Od Charpyho energie k lomové houževnatosti a zastavení trhliny")

## Co znamená rázová houževnatost oceli — a co neznamená Charpyho energie

### Rázová houževnatost versus pevnost, tažnost a lomová houževnatost

Rázová houževnatost je odolnost materiálu proti lomu při rychlém působení zatížení, často prostřednictvím vrubu, který koncentruje napětí. Nejde o tutéž vlastnost jako pevnost, tahová tažnost nebo lomová houževnatost, ačkoli všechny tyto vlastnosti mohou ovlivnit výsledek.

#### Související mechanické vlastnosti

Mez kluzu

Napětí, při kterém během tahové zkoušky začíná plastická deformace.

Pevnost v tahu

Maximální smluvní napětí dosažené během tahové zkoušky.

Tažnost

Plastická deformace před lomem, běžně vyjádřená prodloužením nebo zúžením průřezu.

Lomová houževnatost

Odolnost již existující trhliny proti šíření za stanovených podmínek geometrie zkušebního tělesa, tloušťky, zatěžování a platnosti výsledku.

Mez kluzu popisuje napětí, při němž během tahové zkoušky začíná plastická deformace. Pevnost v tahu je maximální jmenovité napětí dosažené při této zkoušce. Ani jedna z těchto hodnot neuvádí, jak se bude ocel obsahující ostrou trhlinu chovat při rychlém zatěžování. Vysokopevnostní ocel může mít nízkou odolnost proti štěpnému lomu, zejména při nízké teplotě, zatímco ocel s nižší pevností může absorbovat značné množství rázové energie.

Tažnost popisuje plastickou deformaci před lomem, obvykle prostřednictvím prodloužení nebo zúžení průřezu tahového zkušebního tělesa. Rázová houževnatost zahrnuje vliv rychlosti zatěžování a vliv vrubu, které běžná tahová tažnost nereprodukuje. Vrubované Charpyho zkušební těleso má jen malou možnost redistribuovat napětí prostřednictvím rovnoměrné deformace. Vrub proto činí lokální omezení deformace a iniciaci trhliny ústředními prvky zkoušky.

Absorbovaná energie podle Charpyho není hodnota KIC ani úplné měření lomové houževnatosti. Strong evidence

Lomová houževnatost **Lomová houževnatost** Vlastnost odolnosti proti šíření trhliny měřená za stanovených podmínek geometrie zkušebního tělesa, zatěžování, tloušťky, trhliny a platnosti výsledku.

Lomová houževnatost představuje jinou kategorii vlastností. Hodnoty jako KIC, JIC nebo rozevření čela trhliny (CTOD) popisují odolnost předem existující trhliny proti šíření za definovaných podmínek týkajících se zkušebního tělesa, tloušťky, zatížení a platnosti výsledku. Například KIC je hodnota lomové houževnatosti za rovinné deformace získaná za podmínek určených k potlačení vlivu velikosti zkušebního tělesa a plasticity. Charpyho V-vrub je dostatečně ostrý k podpoře iniciace lomu, nejde však o zkušební těleso pro zkoušku lomové houževnatosti s únavově předem vytvořenou trhlinou a jeho absorbovaná energie není hodnotou KIC.

Samostatně je třeba posuzovat také chování při zastavení trhliny. Materiál může odolávat iniciaci trhliny, avšak poskytovat odlišnou odolnost proti šíření trhliny. U potrubních ocelí zkouška pádem závaží a trháním zkoumá chování při zastavení trhliny měřením podílu tvárného smykového lomu a štěpného lomu na lomových plochách v rozsahu rázových teplot. Tato metoda není zaměnitelná s Charpyho zkouškou.

### Proč je absorbovaná energie nepřímým ukazatelem materiálu

Při konvenční Charpyho zkoušce udeří kyvadlo do vrubovaného, prostě podepřeného zkušebního tělesa. Rozdíl mezi počáteční a konečnou energií kyvadla udává práci absorbovanou zkušebním tělesem a v praxi také některými souvisejícími ztrátami zohledněnými zkušebním postupem. Výsledek se uvádí jako absorbovaná rázová energie, obvykle v joulech. NIST v roce 2024 popsal Charpyho zkoušku jako zkoušku s vysokou rychlostí zatěžování, která měří energii absorbovanou během lomu a poskytuje nepřímé měřítko rázové houževnatosti.

#### Interpretujte energii jako nepřímý ukazatel

Charpyho energie zahrnuje plastickou deformaci, iniciaci trhliny, šíření trhliny, tření, účinky stroje a konečný lom. Nejde o jedinou materiálovou konstantu, která se beze změny přenáší na každou geometrii součásti nebo rychlost zatěžování.

\[1\] \[1\] [**ISO 148-1:2016 Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method**](https://www.iso.org/cms/render/live/en/sites/isoorg/contents/data/standard/06/38/63802.html). International Organization for Standardization. ISO standard, 2016.

Důležité je slovo „nepřímé“. Naměřená energie kombinuje několik dějů: plastickou deformaci v okolí vrubu, iniciaci trhliny, stabilní nebo nestabilní šíření trhliny, účinky tření a stroje a konečný proces lomu. Nejde o jedinou materiálovou konstantu, kterou lze beze změny přenést na každou geometrii součásti nebo rychlost zatěžování. Norma ASTM E23 zahrnuje rázové zkoušky Charpyho prostě podepřeným nosníkem a Izodovým vetknutým nosníkem, včetně požadavků na zkušební tělesa, postupů, ověřování stroje, vykazování výsledků a stanovení vzhledu smykového lomu. Norma ISO 148-1:2016 stanovuje kyvadlové rázové zkoušení kovových materiálů s Charpyho V-vrubem a U-vrubem. Na typu vrubu záleží; výsledky pro V-vrub a U-vrub by neměly být považovány za rovnocenné bez stanoveného základu pro jejich porovnání.

Vzhled lomu poskytuje informace, které samotné číslo energie nemůže nabídnout. Tvárné porušení obvykle vyžaduje značnou plastickou deformaci a absorbuje více energie. Lom s převahou štěpení obvykle absorbuje méně energie. Procentuální podíl smykového lomu, příčné rozšíření a poloha výsledku na křivce přechodu od tvárného ke křehkému lomu proto mohou změnit technickou interpretaci stejné jmenovité energie.

Instrumentované zkoušení může doplnit informace o odezvě síla–čas nebo síla–posunutí. Norma ISO 14556:2023 stanovuje instrumentované Charpyho zkoušení s V-vrubem a zařízení používané k měření a zaznamenávání dalších charakteristik lomu; norma ISO 148-1:2016 tuto instrumentovanou metodu nepokrývá. Důležitý je také stav stroje. Normy ASTM E23 a ISO 148-2 stanovují požadavky na ověřování a Program ověřování Charpyho strojů NIST používá k pravidelným kontrolám strojů certifikovaná zkušební tělesa.

### Nebezpečí považování jediné Charpyho hodnoty za univerzální vlastnost

Tvrzení typu „tato ocel má Charpyho houževnatost 80 J“ je neúplné. Může v něm chybět teplota. Stejně tak může chybět geometrie vrubu, orientace zkušebního tělesa, tloušťka plechu, stav po tepelném zpracování, místo odběru vzorku, směr zkoušky, počet zkušebních těles, příslušná norma a vzhled lomu. Každé z těchto opomenutí může změnit význam výsledku.

#### Nepoužívejte energii při pokojové teplotě jako záruku pro provoz za nízkých teplot

U feritických ocelí se absorbovaná energie a způsob lomu mohou s klesající teplotou výrazně měnit. Rozhodující zkušební teplota by měla odpovídat příslušným provozním podmínkám s ohledem na platný projektový předpis a specifikaci.

Feritické oceli při poklesu teploty běžně vykazují přechod od tvárného ke křehkému lomu. Výsledek při pokojové teplotě proto může poskytovat jen malou jistotu ohledně chování při nižší provozní teplotě. Dokonce i v oblasti přechodu mohou malé změny teploty způsobit výrazné změny energie a způsobu lomu. Energie horního plata, energie v oblasti přechodu a chování na dolním platě vyplývají z odlišných mechanismů lomu, a při použití Charpyho údajů k odhadu dolní mezní hodnoty lomové houževnatosti jsou proto zapotřebí samostatné korelace. Takové korelace mohou podpořit technické předběžné posouzení pro definované podmínky feritické oceli; nemění však absorbovanou energii v lomovou houževnatost za rovinné deformace.

Výsledek zkoušky Charpy nelze interpretovat nezávisle na plánu odběru vzorků a orientaci zkušebního tělesa. Strong evidence

 \[2\] \[2\] [**ASTM A673/A673M: Standard Specification for Sampling Procedure for Impact Testing of Structural Steel**](https://store.astm.org/a0673_a0673m-25.html). ASTM International. ASTM International standard, 2025.Další rozhodující proměnnou je orientace zkušebního tělesa. Podélné Charpyho zkušební těleso vzorkuje ocel jinak než příčné zkušební těleso nebo těleso odebrané ve směru tloušťky, protože směr válcování, vměstky, páskovitost a struktura zrn ovlivňují šíření trhliny. Norma ASTM A673/A673M stanovuje postupy odběru vzorků pro podélné Charpyho zkoušení konstrukční oceli s V-vrubem a rozlišuje četnost zkoušek tepelné tavby a zkoušek jednotlivých kusů. Odběr vzorků je proto součástí výsledku, nikoli administrativním detailem doplněným až po zkoušce.

Posouzení NIST z roku 2011 týkající se Charpyho zkušebních těles s bočními drážkami zjistilo, že boční drážky snižují nahromaděnou plastickou deformaci při energiích horního plata a podporují štěpení, přičemž nejvyšší intenzita štěpení se objevuje v blízkosti teploty přechodu od tvárného ke křehkému lomu. Toto zjištění ukazuje, proč může geometrie zkušebního tělesa změnit jak naměřenou energii, tak lomovou plochu.

Výsledek Charpyho zkoušky je užitečný, pokud je uveden jako definované pozorování při zkoušce: stav materiálu, norma, vrub, orientace, teplota, plán odběru vzorků, energie a vzhled lomu jako celek. Bez tohoto kontextu není jedno číslo univerzální vlastností oceli a samo o sobě nemůže prokázat bezpečnost z hlediska lomu v provozu.

## Charpyho kyvadlová zkouška: zkušební těleso, vrub a lomový děj

### Standardní zkušební tělesa Charpy s vrubem V a vrubem U

Při Charpyho zkoušce se používá malý obdélníkový hranol s opracovaným vrubem na jedné ploše. Zkušební těleso je uloženo vodorovně na dvou podporách a poté je na plochu protilehlou vrubu udeřeno kyvadlem. Toto uspořádání vynutí vznik trhliny v kontrolovaném místě a její šíření zbývajícím průřezem. Výsledek proto není jednoduše vlastností „oceli“, ale reakcí konkrétního zkušebního tělesa, vrubu, orientace, teploty a stavu materiálu.

Norma ISO 148-1:2016 stanovuje zkoušení kovových materiálů rázem kyvadlem podle Charpyho s vrubem V a vrubem U. Označení vrub V a vrub U popisují profil vrubu, nikoli dva vzájemně zaměnitelné výsledky zkoušek. Vrub V má šikmé strany, které se stýkají v kořeni s předepsaným poloměrem, a vytváří relativně ostrou koncentraci napětí. Vrub U má zaoblený kořen, a proto odlišné lokální napěťové pole. Hloubka vrubu, úhel vrubu, poloměr kořene, rozměry zkušebního tělesa a jakost povrchu jsou předepsány příslušnou normou. I malé odchylky mohou změnit vznik trhliny a plastickou deformaci před lomem.

Jmenovitý rozměr (mm)

Jmenovité rozměry běžně spojované s plnorozměrným zkušebním tělesem Charpy; příslušná norma stanovuje dovolené rozměry a alternativy zmenšených těles.

Běžně používané plnohodnotné Charpyho zkušební těleso má jmenovité rozměry 10 mm × 10 mm × 55 mm, avšak příslušná norma a specifikace výrobku stanovují dovolené rozměry i alternativy se zmenšenými rozměry. U zkušebního tělesa s vrubem V je vrub obvykle hluboký 2 mm, s úhlem 45° a předepsaným poloměrem kořene. Tyto údaje popisují standardizovanou geometrii, nikoli obecný postup pro výrobu libovolného rázového zkušebního tělesa. Rozměry vrubu U se rovněž řídí zvolenou normou a nesmějí být odvozovány z praxe pro vruby V.

Zkoušky Charpy a Izod představují odlišná uspořádání rázových zkoušek zahrnutá v normě ASTM E23.
| Metoda | Uložení zkušebního tělesa | Hlavní výsledek nebo rozsah použití |
|---|---|---|
| Charpy | Prostě podepřený nosník | Rázová energie kyvadla a v případě požadavku vzhled smykového lomu |
| Izod | Vetknutý nosník | Kyvadlová rázová zkouška podle příslušných požadavků normy ASTM E23 |

ASTM E23 zahrnuje jak rázové zkoušky Charpyho na prostě podepřeném nosníku, tak rázové zkoušky Izod na konzolově vetknutém nosníku. Toto rozlišení je důležité. Zkušební těleso Izod je upevněno jako konzola a úder je veden nad podporou, zatímco Charpyho zkušební těleso je podepřeno na obou koncích. Hodnotu získanou jednou metodou nelze označit jako výsledek druhé metody. ASTM E23 se rovněž zabývá požadavky na zkušební tělesa, postupy, ověřováním zařízení, vykazováním výsledků a stanovením vzhledu smykového lomu.

Vrub je obvykle orientován tak, aby úderník zatěžoval stranu bez vrubu a vrub ležel na tahové straně ohýbaného průřezu. Ke vzniku trhliny pak dochází v kořeni vrubu při ohýbání průřezu mezi vrubem a protilehlou stranou. Musí se rovněž uvádět orientace zkušebního tělesa. U válcovaného plechu například podélné Charpyho zkušební těleso s vrubem V zachycuje jinou kombinaci směru válcování, vměstků, páskovitosti a struktury zrn než příčné zkušební těleso nebo těleso odebrané ve směru tloušťky. ASTM A673/A673M stanovuje postupy odběru vzorků pro podélné Charpyho zkoušení konstrukční oceli s vrubem V a rozlišuje četnost zkoušek tavby a zkoušek jednotlivých kusů. Odběr vzorků je proto součástí významu uváděného výsledku.

![Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška](/images/uploads/71cba343-02a2-412b-93ff-1007fed6070d/wiki-inline-the-pendulum-impact-path-simply-supported-charpy-specimen-notch-orientation-and-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/71cba343-02a2-412b-93ff-1007fed6070d/wiki-inline-the-pendulum-impact-path-simply-supported-charpy-specimen-notch-orientation-and-1920x1094.avif "Zvětšit obrázek — Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška")The pendulum’s energy loss is related to the work absorbed during fracture, with machine losses accounted for by the test procedure.

### Rázová zkouška kyvadlem a výpočet absorbované energie

#### Průběh kyvadlové rázové zkoušky

1. **Zvednutí** Kyvadlo se zvedne do stanovené výšky a získá známou potenciální energii.
2. **Uvolnění** Kyvadlo se kontrolovanou rychlostí pohybuje dolů.
3. **Úder** Beran narazí do zkušebního tělesa na straně protilehlé vrubu.
4. **Lom** Zkušební těleso se zlomí nebo ohne přes zbývající nosný průřez.
5. **Měření** Rozdíl mezi počáteční a konečnou energií kyvadla se použije k uvedení absorbované energie.

Před uvolněním se kyvadlo zvedne do stanovené výšky a získá známou potenciální energii. Kyvadlo se pohybuje dolů, udeří do zkušebního tělesa kontrolovanou rychlostí, přelomí nebo ohne hranol a na opačné straně vystoupí do menší výšky. Ve zjednodušené podobě je absorbovaná energie

E=mg⁢(h1−h2),

kde m je účinná hmotnost kyvadla, g gravitační zrychlení a h1 a h2 jsou počáteční a konečná výška kyvadla. Skutečná zařízení zohledňují mechanické ztráty, tření, odpor vzduchu, geometrii úderníku a kalibraci zařízení. Zobrazená hodnota se standardně uvádí v joulech. \[3\] \[3\] [**Charpy Machine Verification Program**](https://www.nist.gov/programs-projects/charpy-machine-verification-program). National Institute of Standards and Technology. NIST program resource, 2024.

NIST popisuje Charpyho zkoušku jako zkoušku s vysokou rychlostí zatěžování, která měří energii absorbovanou během lomu a poskytuje nepřímou míru rázové houževnatosti. Zařízení se pravidelně kontrolují postupy, jako je program NIST Charpy Machine Verification Program, při němž se používají certifikovaná zkušební tělesa podle ASTM E23 a ISO 148-2. Ověření potvrzuje, že zařízení poskytuje přijatelné výsledky; neodstraňuje však proměnlivost způsobenou chemickým složením oceli, tepelným zpracováním, přípravou zkušebního tělesa nebo odběrem vzorků.

Energie zahrnuje více než pouze energii potřebnou k vytvoření nového povrchu trhliny. Zahrnuje také pružné a plastické ohýbání, vznik trhliny, stabilní trhání, účinky tření a další deformace probíhající během děje. Vysoká hodnota často doprovází tvárné trhání, zatímco nízká hodnota běžně doprovází lom s převahou křehkého štěpení; samotná energie však neurčuje úplný mechanismus lomu. Zlomený povrch by měl být prozkoumán a v případech, kdy je to požadováno, by měl být zaznamenán vzhled smykového lomu.

Teplota může výsledek výrazně změnit. Feritické oceli, například mnohé druhy uhlíkových a nízkolegovaných konstrukčních ocelí, mohou při poklesu teploty vykazovat přechod z tvárného do křehkého lomu. Jedna hodnota při pokojové teplotě nemůže reprezentovat chování při projektové zimní teplotě, v tepelně ovlivněné oblasti svaru nebo při rychlém šíření trhliny v provozu. Energie Charpyho zkoušky může u feritických ocelí podporovat stanovené korelace pro odhad dolní meze lomové houževnatosti, avšak pro oblast dolního plató, přechodovou oblast a horní plató platí odlišné vztahy. Nejde o hodnotu lomové houževnatosti za rovinného přetvoření ani o přímé stanovení schopnosti zastavit trhlinu. Zkouška pádem závaží s následným trháním je samostatná metoda pro hodnocení schopnosti oceli potrubí zastavit trhlinu; při rázových teplotách stanovuje podíly tvárného smyku a štěpení.

### Geometrie prostě podepřeného nosníku, podmínky uložení a orientace vrubu

Charpyho zkušební těleso se během rázu chová přibližně jako prostě podepřený nosník. Jeho konce spočívají na kovadlinách v předepsané vzdálenosti, zatímco úderník působí soustředěným zatížením v blízkosti středu. Podpory, rozpětí, poloměr úderníku, vůle, vyrovnání a rychlost rázu ovlivňují ohybové napětí i míru omezení deformace v okolí vrubu. Zkušební těleso, které není správně usazeno, je nesouosé, poškozené nebo zasažené mimo předepsané místo, může poskytnout zavádějící hodnotu, i když jeho rozměry vypadají správně.

Orientace vrubu určuje, který směr materiálu je umístěn napříč dráhou šíření trhliny. Textura po válcování, protáhlé vměstky, struktura tuhnutí svaru, segregace a předchozí deformace mohou způsobit výrazné rozdíly mezi podélnými, příčnými zkouškami a zkouškami ve směru tloušťky. Stopy po obrábění, příliš velký poloměr kořene, otřepy, koroze a teplo vznikající během přípravy mohou rovněž změnit vznik trhliny. Srovnatelnost vyžaduje stejnou normu, typ vrubu, rozměry, orientaci, teplotu, uspořádání podpor a historii přípravy.

Boční drážky ilustrují, jak může geometrie dále změnit chování při lomu. NIST v roce 2011 uvedl, že boční drážky snižují hromadění plastické deformace při energiích horního plató a podporují vznik rozštěpení; intenzita rozštěpení je nejvyšší v blízkosti teploty přechodu z tvárného do křehkého lomu. Taková zkušební tělesa mohou být užitečná pro konkrétně vymezené šetření, jejich výsledky by se však bez uvedení metody neměly slučovat s běžnými Charpyho hodnotami. \[4\] \[4\] [**ISO 14556:2023 Metallic materials — Charpy V-notch pendulum impact test — Instrumented test method**](https://www.iso.org/cms/render/live/en/sites/isoorg/contents/data/standard/08/21/82164.html). International Organization for Standardization. ISO standard, 2023.

ISO 14556:2023 stanovuje instrumentované rázové zkoušení Charpyho s vrubem V pomocí kyvadla, při němž se zaznamenávají síla a posunutí nebo související signály za účelem získání dalších informací o chování při lomu. ISO 148-1:2016 nenahrazuje touto instrumentovanou metodou konvenční zkoušku energie. Konvenční Charpyho výsledek je standardizovanou odezvou na jednu kontrolovanou rázovou událost, nikoli přímou simulací každé provozní trhliny, historie zatěžování, podmínek omezení deformace nebo problému zastavení trhliny.

## ASTM E23, ISO 148-1:2016 a ISO 14556:2023

Výsledky zkoušky Charpy jsou standardizovaná měření, ale mezi jednotlivými normami nejsou automaticky zaměnitelné. Uvedená hodnota závisí na zkušebním tělese, vrubu, orientaci, zkušební teplotě, kyvadlovém stroji, stavu ověření, stavu materiálu a pravidlech pro uvádění výsledků. Popisuje také energii absorbovanou při nárazu, nikoli lomovou houževnatost za rovinné deformace, odolnost proti zastavení trhliny ani všechny aspekty chování při lomu.

NIST popisuje zkoušku Charpy jako zkoušku při vysoké rychlosti zatěžování, která měří energii absorbovanou během lomu a poskytuje nepřímou míru rázové houževnatosti (NIST, 2024). Toto rozlišení je důležité u feritických ocelí, které při poklesu teploty běžně procházejí přechodem z tvárného do křehkého lomu. Výsledek při pokojové teplotě proto může zakrýt výrazné snížení energie při nižší provozní teplotě.

### Co norma ASTM E23 stanovuje a uvádí \[5\] \[5\] [**ASTM E23: Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials**](https://store.astm.org/standards/e23). ASTM International. ASTM International standard, 2025.

ASTM E23 se vztahuje jak na rázové zkoušky Charpy s prostě podepřeným nosníkem, tak na rázové zkoušky Izod s konzolovým nosníkem (ASTM International, 2025). U zkoušek Charpy se její požadavky týkají rozměrů zkušebních těles a podrobností vrubu, uložení a orientace zkušebního tělesa, postupu zkoušky, provozu stroje, ověřování a uvádění výsledků. Norma rovněž zahrnuje stanovení vzhledu smykového lomu, takže lomová plocha může doplnit výsledek energie absorbované při nárazu.

Tento rozsah činí z uvedeného čísla více než pouhý údaj z kyvadla, neproměňuje však zkoušku v přímé měření lomové houževnatosti. Stroj zaznamenává rozdíl energií spojený s přeražením zkušebního tělesa, který se běžně uvádí v joulech nebo stop-libra síly. Hodnota má význam pouze spolu s typem vrubu, orientací zkušebního tělesa, zkušební teplotou, identifikací materiálu a příslušným požadavkem na přejímku.

Stav stroje je součástí řetězce měření. Stroje Charpy se podle ASTM E23 a ISO 148-2 pravidelně ověřují pomocí certifikovaných referenčních zkušebních těles v rámci programů, jako je NIST’s Charpy Machine Verification Program. Stroj, který nesplnil příslušné požadavky na ověření, může poskytovat číselně přesný výsledek, který je přesto nevhodný pro porovnávání.

ASTM E23 také nestanovuje úplný význam vzorkování pro každý ocelový výrobek. ASTM A673/A673M specifikuje postupy vzorkování pro podélné zkoušky Charpy s vrubem V u konstrukčních ocelí a rozlišuje četnost zkoušek po tavbách a četnost zkoušek jednotlivých kusů. Dva výsledky získané stejným rázovým postupem tak mohou představovat odlišnou úroveň výrobního dohledu, pokud se jejich plány vzorkování liší.

Vzhled lomu poskytuje důkazy, které samotná energie poskytnout nemůže. Tvárný smykový lom obecně absorbuje více energie, zatímco křehký lom s převahou štěpení obecně absorbuje méně energie. Procentní podíl smykového lomu může určit, kde se zkušební těleso nachází na přechodové křivce, měření vzhledu však musí probíhat podle příslušného postupu pro uvádění výsledků. Výsledek s vysokou energií v horní oblasti tranzitní křivky nestanovuje konkrétní hodnotu KIC, JIC ani houževnatosti při zastavení trhliny.

### Rozsah normy ISO 148-1:2016 pro konvenční zkoušení Charpy

ISO 148-1:2016 specifikuje kyvadlové rázové zkoušky Charpy s vrubem V a vrubem U pro kovové materiály (ISO, 2016). Definuje konvenční uspořádání zkoušky: zkušební těleso s vrubem je uloženo jako prostě podepřený nosník a za stanovených podmínek přeraženo úderníkem kyvadla. Výsledná absorbovaná energie je metodou definovaná hodnota rázové houževnatosti, nikoli univerzální materiálová konstanta.

Konfigurace s vrubem V a vrubem U nejsou zaměnitelné. Geometrie vrubu mění koncentraci napětí, plastickou deformaci, iniciaci trhliny i energii potřebnou k přeražení zkušebního tělesa. Při jakémkoli porovnávání výsledků podle ISO 148-1:2016 s výsledky jiné metody proto musí být uvedeny rozměry zkušebního tělesa, tvar vrubu, orientace, teplota, podrobnosti o úderníku a ověření stroje.

ISO 148-1:2016 se nevztahuje na instrumentované zkoušení Charpy. Zabývá se konvenční kyvadlovou zkouškou a stanovením absorbované energie; měření vyžadující záznam síly a posunutí spadají pod ISO 14556. ISO 148-2 se zabývá ověřováním kyvadlových rázových strojů Charpy, takže shodu s ISO 148-1:2016 nelze považovat za důkaz, že neověřený stroj poskytuje porovnatelná data. \[6\] \[6\] [**What fracture toughness can I assume for a ferritic steel if I know that it meets a certain Charpy energy requirement?**](https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-fracture-toughness-can-i-assume-for-a-ferritic-steel-if-i-know-that-it-meets-a-certain-charpy-energy-requirement). TWI. TWI Technical Knowledge, 2024.

Rozsah normy rovněž neodstraňuje účinky specifické pro daný materiál. Feritická ocel může při změnách teploty vykazovat dolní oblast, přechodovou oblast a horní oblast tranzitní křivky. Pokud se energie Charpy používá k odhadu hodnoty lomové houževnatosti představující dolní mez v těchto oblastech, jsou zapotřebí samostatné vztahy; vztahy pro chování v dolní oblasti, přechodové oblasti a horní oblasti nejsou stejné (TWI, 2024). Tyto korelace platí pouze v mezích stanovených pro daný materiál, geometrii a teplotu. \[7\] \[7\] [**Side-Grooved Charpy Impact Testing: Assessment of Splitting and Fracture Properties of High-Strength Steels**](https://www.nist.gov/publications/side-grooved-charpy-impact-testing-assessment-splitting-and-fracture-properties-high). National Institute of Standards and Technology. NIST publication, 2011.

Výzkum NIST publikovaný v roce 2011 na zkušebních tělesech Charpy s bočními drážkami zjistil, že boční drážky při energiích v horní oblasti tranzitní křivky snižují nahromaděnou plastickou deformaci a podporují vznik rozštěpení. Intenzita rozštěpení byla nejvyšší v blízkosti teploty přechodu z tvárného do křehkého lomu. Toto zjištění ukazuje, proč může příprava zkušebního tělesa změnit chování při lomu, aniž by se změnilo označení jmenovité zkoušky Charpy.

### Instrumentované zkoušení Charpy podle ISO 14556:2023

ISO 14556:2023 specifikuje instrumentovanou kyvadlovou rázovou zkoušku Charpy s vrubem V a měřicí a záznamové zařízení, které se při ní používá (ISO, 2023). Kromě celkové energie absorbované kyvadlem instrumentovaný systém zaznamenává během nárazu údaje související se silou, což umožňuje analyzovat fáze, jako jsou iniciace trhliny, nestabilní šíření a následný lom, a to v souladu s požadavky normy na měření a interpretaci dat.

Tento postup může poskytnout informace o chování při lomu, nikoli pouze jednu integrovanou hodnotu energie. Záznamy síla–posunutí nebo síla–čas mohou pomoci odlišit energii iniciace od energie šíření a mohou odhalit rozdíly mezi tvárným trháním, štěpením a smíšeným lomem. Dodatečné signály automaticky neposkytují hodnotu lomové houževnatosti za rovinné deformace; význam nadále mají rozměry zkušebního tělesa, míra omezení plastické deformace, ostrost vrubu, kalibrace a předpoklady analýzy.

ISO 14556:2023 je specificky instrumentovaná metoda Charpy s vrubem V. Její výsledky by se neměly bez rozmyslu slučovat s konvenčními hodnotami s vrubem V podle ISO 148-1:2016 ani s hodnotami podle ASTM E23, i když zkušební tělesa vypadají podobně. Uváděné veličiny mohou změnit rozdíly v zařízení, kalibraci, definicích, filtrování, zvyklostech při uvádění výsledků a kritériích přejímky.

Zkoušení Charpy by se také nemělo zaměňovat se zkouškou pádem závaží pro stanovení odolnosti proti šíření trhliny. Tato samostatná metoda zkoumá chování ocelí pro potrubí při zastavení trhliny měřením podílů tvárného smykového a štěpného lomu v různých rázových teplotách. Odpovídá na jinou technickou otázku. Energie Charpy, instrumentovaná rázová data, vzhled lomu a měření odolnosti proti zastavení trhliny představují související důkazy, nikoli zaměnitelná označení.

## Ověření a kalibrace stroje a věrohodnost výsledku

### Přímé ověření a certifikované referenční vzorky

Výsledek zkoušky Charpy je věrohodný pouze tehdy, když celý zkušební systém prokázal, že dokáže poskytovat známou odezvu. Ověření stroje tento důkaz poskytuje. Nejde o totéž jako kontrola, zda se kyvadlo pohybuje, zda se vzorek vejde mezi kovadliny nebo zda stupnice zobrazuje plausibilní hodnotu.

Podle ASTM E23 a ISO 148-2 se při přímém ověření používají certifikované referenční vzorky se stanovenými hodnotami nárazové energie. Laboratoř tyto vzorky na stroji přerazí a porovná naměřené výsledky s certifikovaným rozsahem. Protože referenční vzorky mají známé chování, ověřují stroj a jeho měřicí řetězec za skutečných podmínek nárazu, nikoli pouze jednotlivé rozměry.

Toto rozlišení je důležité, protože zkouška Charpy představuje měření při vysoké rychlosti zatěžování. NIST popisuje zkoušku jako měření energie absorbované při lomu, které poskytuje nepřímou míru rázové houževnatosti. Kyvadlo musí přenést energii během krátkodobého lomového děje, zatímco stroj zaznamenává rozdíl mezi počáteční a konečnou energií. Malé mechanické ztráty nebo geometrické chyby proto mohou ovlivnit uváděnou hodnotu.

Přímé ověření může současně odhalit několik druhů poruch. Nadměrné tření kyvadla snižuje energii dostupnou před nárazem. Poškozený, zaoblený, nesprávně orientovaný nebo rozměrově chybný břit mění způsob zatěžování vrubu. Opotřebené kovadliny nebo nesprávná vzdálenost podpěr mění podmínky ohybu a kontaktu. Nesouosost podpěr může vyvolat krut nebo nerovnoměrné omezení pohybu. Stroj přitom může stále vytvářet čistý lom a poskytovat věrohodný údaj na stupnici, avšak nesplňovat požadavek na referenční vzorek.

Kapacita stroje má rovněž přesně stanovenou úlohu. Kyvadlo, které je pro zamýšlený rozsah energií příliš velké, může poskytovat nedostatečné rozlišení, zatímco stroj s nedostatečnou kapacitou nedokáže vzorek správně přerazit nebo může v blízkosti svého limitu ztrácet přesnost měření. Příslušná norma a konstrukce stroje určují přípustnou kapacitu, rozsah energií, geometrii břitu, podpěry vzorku a indikační systém.

Ověření není jednoduše synonymem kalibrace. Kalibrace se obecně týká přesnosti měřicího prvku ve vztahu k metrologicky navázanému etalonu. Ověření zjišťuje, zda sestavený stroj Charpy včetně mechanických součástí a indikace energie poskytuje přijatelné výsledky při předepsané zkoušce. Laboratoř může zkalibrovat kodér nebo zkontrolovat stupnici, a přesto může mít stroj, který přímým ověřením neprojde, protože břit, ložiska, tření nebo podpěry jsou vadné.

### Program NIST pro ověřování strojů Charpy

Program NIST pro ověřování strojů Charpy podporuje pravidelné ověřování strojů Charpy pomocí certifikovaných vzorků v souladu s ASTM E23 a ISO 148-2. Program existuje proto, že rozdíly mezi jednotlivými stroji mohou být natolik významné, že zakryjí rozdíly mezi materiály, zejména když se naměřené energie blíží mezní hodnotě specifikace nebo když se výsledky porovnávají mezi laboratořemi.

Certifikované vzorky nejsou náhradou výrobních vzorků. Jedná se o kontrolní materiály používané ke stanovení, zda naměřená odezva stroje spadá do přijatelného rozsahu. Vyhovující výsledek podporuje důvěru ve zkušební systém v době ověření; necertifikuje však každou budoucí zkoušku ani neprokazuje, že každý vzorek byl správně připraven, orientován, kondicionován a zkoušen.

Mezi formálními ověřeními zůstávají nezbytné běžné kontroly. Personál by měl ověřit rozměry břitu a kovadlin, vyrovnání podpěr, polohu kyvadla, vodorovnost stroje, ztráty třením, funkci indikace nebo přístrojového vybavení a stav ochranných krytů a záchytného zařízení. Vzorek musí splňovat požadované rozměry, poloměr vrubu, hloubku vrubu, orientaci vrubu a stav povrchu. Kontrola vrubu může odhalit otřepy, nadměrnou drsnost, stopy po obrábění nebo poloměr mimo toleranci. Tyto kontroly se týkají geometrie vzorku a stroje; přímé ověření se týká naměřené lomové odezvy celého sestaveného systému.

Regulace teploty představuje samostatný zdroj nejistoty. Feritické oceli mohou při poklesu teploty přejít z tvárného lomu s vysokou energií k lomu převážně štěpnému s nízkou energií. Vzorek zkoušený při nesprávné teplotě může poskytovat dokonale opakovatelné číslo, které však odpovídá na nesprávnou otázku. Laboratoř musí řídit dobu kondicionování, dobu přenosu, teplotu lázně nebo komory a skutečnou teplotu, které vzorek dosáhne. Stejně důležitý je postup obsluhy: nesprávné vystředění, obrácený vzorek, opožděné spuštění nebo chybná orientace vrubu mohou znehodnotit jinak vyhovující stroj.

ASTM E23 zahrnuje rázové zkoušky Charpy na prostém nosníku a Izodovu zkoušku na konzolovém nosníku, včetně ověřování stroje, vykazování výsledků a stanovení vzhledu smykového lomu. ISO 148-1:2016 stanoví kyvadlové zkoušení kovových materiálů Charpyho vzorkem s V-vrubem a U-vrubem. Instrumentované zkoušení je samostatnou oblastí: ISO 14556:2023 se zabývá instrumentovanou zkouškou Charpy s V-vrubem a zařízením používaným k záznamu dalších informací o lomu.

### Proč může být zdánlivě správná hodnota nárazové energie přesto nespolehlivá

Číselný výsledek může vypadat rozumně, a přesto postrádat význam pro daný materiál. Ověření nemůže odstranit rozptyl mezi jednotlivými vzorky, rozdíly mezi tavbami, vliv orientace ani chyby při odběru vzorků. ASTM A673/A673M stanoví postupy odběru vzorků pro podélné zkoušení konstrukční oceli Charpyho vzorky s V-vrubem a rozlišuje četnost zkoušek tavby a jednotlivých kusů. Plán odběru vzorků je proto součástí toho, co výsledek reprezentuje. Tři správně zkoušené vzorky z nereprezentativního místa necharakterizují celou konstrukci.

Vzhled lomu poskytuje informace, které samotná hodnota energie poskytnout nemůže. Tvárný smykový lom obecně spotřebovává více energie než lom štěpný, avšak stejná absorbovaná energie může vzniknout různými kombinacemi smyku, štěpení, rozštěpení a plastické deformace. NIST v roce 2011 uvedl, že boční drážky snižují hromadění plastické deformace při energiích horní police a podporují rozštěpení, přičemž intenzita rozštěpení je nejvyšší v blízkosti teploty přechodu z tvárného do křehkého lomu. Geometrie vzorku může změnit průběh lomu.

Energie Charpy rovněž není hodnotou lomové houževnatosti za podmínek rovinné deformace. Korelace mohou odhadovat dolní mez lomové houževnatosti pro specifikované feritické oceli a teplotní oblasti, avšak pro chování v oblasti dolní police, přechodové oblasti a horní police platí odlišné vztahy. Hodnota při pokojové teplotě nemůže popsat provoz při nízké teplotě, pokud u oceli dochází k přechodu z tvárného do křehkého lomu. \[8\] \[8\] [**What is the drop-weight tear test?**](https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-is-the-drop-weight-tear-test). TWI. TWI Technical Knowledge, 2024.

A konečně, zkoušení Charpy nenahrazuje zkoušení zastavení trhliny. Zkouška pádem závaží s následným trhacím testem vyhodnocuje chování oceli potrubí při zastavení trhliny prostřednictvím podílu tvárného smyku a štěpení v různých rázových teplotách. Odpovídá na jinou otázku. Ověřený stroj činí hodnotu Charpy jako měření důvěryhodnější; nečiní z ní však úplný popis odolnosti proti lomu.

## Teplota, feritické oceli a přechod z houževnatého na křehký lom

Feritické oceli často při poklesu teploty vykazují přechod z houževnatého na křehký lom. Při vyšších teplotách se v okolí vrubu může rozvinout plastická deformace, která před oddělením zkušebního tělesa pohltí značnou rázovou energii. Při nižších teplotách je pohyb dislokací více omezen, lokální napětí u kořene vrubu rychle narůstá a štěpný lom se může šířit při omezené plastické deformaci. Tuto změnu nelze popsat jedinou univerzální teplotou ani jedinou hodnotou Charpyho energie.

Charpyho zkouška zaznamenává energii pohlcenou vrubovaným zkušebním tělesem během lomu při stanovené teplotě a rychlosti zatěžování. NIST ji popisuje jako zkoušku s vysokou rychlostí zatěžování a nepřímé měření rázové houževnatosti, nikoli jako přímou zkoušku lomové houževnatosti za rovinné deformace. Výsledek závisí také na tvaru vrubu, orientaci zkušebního tělesa, stavu plechu nebo výrobku, zkušebním postupu a odběru vzorků. Norma ASTM E23 zahrnuje rázové zkoušky Charpyho metodou na prostě uloženém nosníku a Izodovou metodou na konzolovém nosníku, zatímco ISO 148-1:2016 stanovuje kyvadlové zkoušení kovových materiálů s Charpyho V-vrubem a U-vrubem. Tato označení a postupy jsou při porovnávání výsledků důležité.

### Dolní plateau, přechodová oblast a horní plateau

Tři běžně diskutované oblasti chování feritické oceli při zkoušce Charpy.
| Oblast | Typické chování při lomu | Upozornění pro interpretaci |
|---|---|---|
| Dolní plato | Převážně štěpný lom s relativně nízkou absorbovanou energií | Nízká energie sama o sobě nepopisuje šíření trhliny v konstrukci |
| Přechodová oblast | Smíšený štěpný a tvárný smykový lom s potenciálně velkým rozptylem energie | Malé změny teploty mohou způsobit velké změny energie a vzhledu lomu |
| Horní plato | Rozsáhlá plastická deformace a obecně vyšší absorbovaná energie | Energie horního plata není přímou hodnotou lomové houževnatosti |

Dolní plato **Dolní plato** Oblast nízkých teplot na křivce zkoušky Charpy feritické oceli, v níž jsou absorbované energie relativně nízké a lom je obvykle převážně štěpný.

Známá teplotní křivka Charpyho energie se obvykle rozděluje do tří interpretačních oblastí. Dolní plateau představuje oblast nízkých teplot, v níž zůstávají pohlcené energie relativně nízké a jejich změny s teplotou mohou být malé. Lom má převážně charakter štěpného lomu, ačkoli se stále mohou objevit malé houževnaté oblasti nebo smykové okraje. Nízká hodnota dolního plateau signalizuje omezenou absorpci energie plastickou deformací; sama o sobě však neposkytuje úplný popis šíření trhliny v konstrukci.

Přechodová oblast leží mezi dolním a horním plateau. Zde může i malá změna teploty způsobit výraznou změnu pohlcené energie a vzhledu lomové plochy. Některá zkušební tělesa mohou vykazovat kombinaci štěpného lomu a houževnatého smyku a rozptyl výsledků může být značný. Teplota odpovídající stanovené energii, například energii požadované smlouvou, proto automaticky nepředstavuje fyzikální přechodovou teplotu materiálu. Jiná definice může používat střední hodnotu energie, kritérium vzhledu lomové plochy nebo stanovený podíl smykového lomu.

Na horním plateau absorbuje zkušební těleso před konečným oddělením mnohem více energie prostřednictvím rozsáhlé plastické deformace. Naměřená hodnota stále nepředstavuje přímou hodnotu lomové houževnatosti. Charpyho energie na horním plateau je ovlivněna rozměry zkušebního tělesa, ostrostí vrubu, rychlostí deformace, orientací a omezením plastické deformace. NIST v roce 2011 uvedl, že boční drážky u Charpyho zkušebních těles omezují hromadění plastické deformace při energiích odpovídajících hornímu plateau a podporují štěpení, přičemž intenzita štěpení je nejvyšší v blízkosti přechodové teploty z houževnatého na křehký lom. Výsledek získaný na zkušebním tělese s bočními drážkami by neměl být považován za zaměnitelný s výsledkem standardního neupraveného zkušebního tělesa.

Tyto oblasti nejsou body na přímé stupnici od „špatného“ k „dobrému“. Při korelaci Charpyho energie s dolní mezí lomové houževnatosti se používají odlišné vztahy pro chování na dolním plateau, v přechodové oblasti a na horním plateau, jak v roce 2024 uvedla organizace TWI. Takové korelace vyžadují použitelnou třídu oceli, rozsah teplot, konfiguraci zkušebního tělesa a předpoklady týkající se omezení plastické deformace. Charpyho energie zůstává rázovou energií měřenou v joulech; lomová houževnatost se běžně vyjadřuje pomocí parametrů, jako jsou KIC, JIC nebo související veličina charakterizující okolí čela trhliny.

### Štěpný lom versus houževnatý smykový lom

Štěpný lom je rychlý proces křehkého porušení, při němž trhlina postupuje podél přednostních krystalografických rovin s malou předchozí plastickou deformací. Jeho lomová plocha často působí relativně jasným a zrnitým dojmem. Protože se vykoná jen omezená práce plastické deformace, zkušební tělesa s převládajícím štěpným lomem obecně absorbují méně Charpyho energie. Dolní plateau je proto spojeno s nízkou energií a vysokým podílem křehkého lomu, ačkoli přesný vzhled závisí na oceli, orientaci, vrubu a zkušební teplotě.

Houževnatý lom vzniká plastickým tokem a nukleací, růstem a spojováním mikroskopických dutin. Obvykle spotřebuje více energie a vytváří vláknitý nebo matně působící povrch, často se smykovými okraji u vnějších ploch. Přechodová oblast může na jedné lomové ploše obsahovat oba mechanismy. Uvedení pohlcené energie bez popisu vzhledu lomové plochy může tuto změnu skrýt.

Z tohoto důvodu mohou normy a specifikace vyžadovat vedle energie také procentuální podíl smykového lomu. Zkušební těleso se střední energií a smíšeným lomem vypovídá něco jiného než těleso se stejnou energií, avšak s převládajícím houževnatým smykovým lomem. ASTM E23 zahrnuje stanovení vzhledu smykového lomu a požadavky na uvádění výsledků. Instrumentované zkoušení může během děje doplnit informace o síle, posunutí a pohlcené energii: ISO 14556:2023 se zabývá instrumentovanou zkouškou Charpyho metodou s V-vrubem, zatímco ISO 148-1:2016 tuto instrumentovanou metodu nepokrývá.

Zkouška trhací houževnatosti metodou pádu závaží poskytuje další užitečné rozlišení. Jedná se o samostatnou metodu pro oceli používané v potrubích, která hodnotí chování při zastavení trhliny a podíly houževnatého smykového a štěpného lomu v různých rázových teplotách. Její výsledky nesmějí být nahrazovány Charpyho energií ani prezentovány jako stejné měření.

### Proč musí zkušební teplotu určovat provozní teplota

Rozhodující zkušební teplota by měla představovat nejnižší relevantní provozní podmínku, přičemž je nutné zohlednit požadavky příslušného konstrukčního předpisu a specifikace. Charpyho výsledek při pokojové teplotě stanovuje vlastnosti pouze při této zkušební podmínce nebo v její blízkosti. Nemůže stanovit polohu dolního plateau, přechodové chování ani vzhled lomové plochy při nižší konstrukční teplotě.

Toto omezení je zvláště důležité u feritických konstrukčních ocelí. ASTM A673/A673M stanovuje postupy odběru vzorků pro podélné zkoušení konstrukční oceli Charpyho metodou s V-vrubem a rozlišuje četnost zkoušek tavby a jednotlivých kusů. Odběr vzorků je součástí významu výsledku: jedna vyhovující sada zkušebních těles nemusí nutně popisovat každé místo, orientaci, tavbu, tloušťku nebo stav výrobku.

Zkušební teplota by proto měla být uváděna společně s pohlcenou energií, orientací zkušebního tělesa, označením vrubu, normou a případným požadavkem na smykový lom. Důležitý je také stav zkušebního stroje; ASTM E23 a ISO 148-2 poskytují rámce pro ověřování a program NIST Charpy Machine Verification Program používá pro pravidelné ověřování strojů certifikovaná zkušební tělesa. Bez těchto údajů je uváděné číslo „Charpyho houževnatosti“ neúplné. Teplota není poznámkou pod čarou k výsledku; u feritické oceli může rozhodnout, zda je pozorovaný lom převážně houževnatý, nebo zda v něm převládá štěpení.

## Historie odběru vzorků, orientace a zpracování oceli

### ASTM A673/A673M a odběr vzorků konstrukční oceli

Výsledek zkoušky Charpyho popisuje definovaný zkušební vzorek odebraný z definovaného kusu oceli. U konstrukčních plechů je ASTM A673/A673M důležitá, protože stanovuje postupy odběru vzorků pro podélné zkoušení rázem Charpyho s V-vrubem, místo aby odběr vzorků považovala za administrativní detail doplněný až po zkoušce. Norma stanovuje, odkud se vzorky odebírají a jak často jsou zkoušky rázem požadovány v rámci ustanovení pro zkoušení tavby nebo zkoušení jednotlivých kusů. Tyto volby jsou součástí významu výsledku.

Místo odběru vzorku může být významné, protože plech není dokonale homogenní po celé své délce, šířce ani tloušťce. Chemická segregace může být výraznější v určitých oblastech ingotu nebo kontinuálně odlévaného výrobku, zatímco redukce při válcování, rychlost ochlazování a teplotní rozdíly mezi povrchem a středem mohou vytvářet v tloušťce rozdílné mikrostruktury. Vzorek odebraný z jednoho povoleného místa proto prokazuje chování tohoto vzorkovaného materiálu za podmínek stanoveného plánu. Automaticky však nestanovuje chování v každém místě plechu, každého plechu z výrobní série ani každé součásti z něj vyrobené.

ASTM A673/A673M je třeba číst také společně s příslušnou specifikací materiálu a požadavky na nákup nebo výrobu. Konkrétní ustanovení týkající se odběru vzorků určují vydání normy a pravidla pro daný výrobek. Protokol, který uvádí pouze „zkoušeno rázem Charpyho“, postrádá zásadní informace: rozhodující normu, orientaci zkušebního vzorku, zkušební teplotu, místo odběru vzorku, požadovanou četnost, výsledek absorbované energie a případný požadavek na vzhled lomu. ASTM E23 poskytuje obecný rámec pro zkoušení rázem Charpyho na prostém nosníku, včetně požadavků na zkušební vzorky, postupů, ověřování zkušebního stroje, vykazování výsledků a stanovení vzhledu smykového lomu. Program ověřování Charpyho strojů organizace NIST popisuje zkoušku jako měření energie absorbované při lomu při vysoké rychlosti zatěžování; tato energie se tím však nestává přímou hodnotou lomové houževnatosti v podmínkách rovinné deformace.

### Podélné versus příčné zkoušení

„Podélná zkouška Charpyho“ označuje orientaci zkušebního vzorku vzhledem k hlavnímu směru válcování výrobku. U podélného vzorku je délka vzorku obecně rovnoběžná se směrem válcování, zatímco orientace vrubu určuje, kterým směrem bude trhlina postupovat materiálem. Příčný vzorek se odebírá tak, že jeho délka směřuje napříč směrem válcování. Jde o různé směry v materiálu, nikoli o zaměnitelná označení.

Válcování prodlužuje zrna a vměstky a může vytvářet páskovou mikrostrukturu. Trhlina postupující napříč protáhlými strukturami proto může narazit na odlišné pořadí feritu, perlitu, segregačních pásů nebo vměstků než trhlina postupující podél nich. Naměřená energie se může s orientací měnit, zejména u plechových ocelí s výraznou texturou, zřetelným páskováním nebo zeslabením ve směru tloušťky. Tento účinek není dán pouze označením jakosti oceli. Přispívají k němu tloušťka plechu, stupeň redukce, způsob opětovného ohřevu, řízené válcování, normalizační žíhání, kalení a popouštění i historie ochlazování.

Stejnou pozornost si zaslouží vrub a směr šíření trhliny. Označení „podélný“ podle ASTM A673/A673M není univerzální náhradou za požadavek na příčnou houževnatost, houževnatost ve směru tloušťky nebo houževnatost související se svarem. Pokud bude konstrukce zatěžovat plech ve směru, který není zastoupen zkušebním tělesem, může být uvedená hodnota nedostatečným podkladem pro posouzení. Inženýr musí orientaci zkušebního vzorku sladit s předpokládanou dráhou trhliny a s požadavkem příslušné konstrukční nebo materiálové normy.

Teplota představuje další omezení. Feritické oceli při poklesu teploty běžně procházejí tranzicí z houževnatého do křehkého porušení. Hodnota podélné zkoušky při pokojové teplotě proto může zakrývat výrazně nižší výsledek při provozní teplotě nebo odlišnou odezvu příčného vzorku při stejné teplotě. Absorbovanou energii a vzhled lomu je třeba posuzovat společně: tvárný smykový lom obecně absorbuje více energie, zatímco lom s převahou štěpení obvykle absorbuje méně. ASTM E23 zahrnuje stanovení vzhledu smykového lomu, zatímco ISO 148-1:2016 stanovuje kyvadlové zkoušení materiálů z kovů rázem Charpyho s V-vrubem a U-vrubem. Instrumentovaná měření představují samostatnou oblast; ISO 14556:2023 se zabývá instrumentovaným zkoušením rázem Charpyho s V-vrubem a zařízením používaným k zaznamenávání dalších informací o síle a posunutí.

### Zkoušení tavby, zkoušení jednotlivých kusů a variabilita materiálu

Zkoušení tavby a zkoušení jednotlivých kusů jsou strategie odběru vzorků, nikoli dvě označení pro tutéž zkoušku. Při zkoušení tavby se četnost odběru vzorků vztahuje k tavbě oceli, tedy k materiálu vyrobenému z jedné řízené chemické vsázky. Při zkoušení jednotlivých kusů se odběr vzorků vztahuje k jednotlivým výrobkům nebo jednotkám podle rozhodujícího požadavku. ASTM A673/A673M tyto přístupy a jejich četnosti rozlišuje, takže specifikaci, která odkazuje na jeden z nich, nelze vykládat tak, jako by vyžadovala druhý. Přesnou četnost je třeba převzít z příslušného vydání normy a ustanovení pro daný výrobek; neměla by se odvozovat z obecné praxe zkoušení Charpyho.

Toto rozlišení je důležité, když se z jedné tavby vyrábí mnoho plechů, když se plechy výrazně liší tloušťkou nebo když se během výroby mění podmínky zpracování. Vzorek na úrovni tavby může poskytnout důkaz o materiálu zahrnutém do stanoveného plánu odběru vzorků, nemůže však odhalit každý lokální řetězec vměstků, segregační pás, zdvojení ani každou odchylku ve zpracování. Zkoušení jednotlivých kusů zvyšuje přímou vazbu mezi výsledkem a konkrétním výrobkem, stále však zkoumá vzorkovanou oblast, nikoli celou hotovou konstrukci.

Zpracování po výrobě plechu může dále prohloubit rozdíl mezi výsledkem pro základní kov a chováním v provozu. Svařování zavádí tepelné cykly, které mění velikost zrna, produkty přeměn, tvrdost, zbytková napětí a místní houževnatost v tepelně ovlivněné oblasti. Tepelné zpracování po svařování může tyto charakteristiky znovu změnit. Zkušební vzorek ze základního plechu odebraný podle ASTM A673/A673M nekvalifikuje svarový kov ani tepelně ovlivněnou oblast, pokud tyto oblasti nejsou samostatně vzorkovány a zkoušeny podle příslušného postupu.

NIST v roce 2011 uvedla, že boční drážky ve zkušebních vzorcích Charpyho omezují hromadění plastické deformace při energiích v horní polici a podporují vznik štěpení, přičemž intenzita štěpení je nejvyšší v blízkosti teploty tranzice z houževnatého do křehkého porušení. To ilustruje, proč mohou geometrie zkušebního vzorku a vzhled lomu měnit interpretaci energetické hodnoty. Energie Charpyho může u feritických ocelí sloužit jako podklad pro stanovené odhady dolní meze lomové houževnatosti, avšak pro chování v dolní polici, v oblasti tranzice a v horní polici platí samostatné vztahy. Stále jde o výsledek zkoušky rázovou energií pro vzorkovanou orientaci a stav materiálu, nikoli o úplný popis každé dráhy trhliny, oblasti svaru nebo součásti.

## Vzhled lomu, smyková plocha, štěpení a boční drážky

Zlomené Charpyho zkušební těleso obsahuje informace, které samotná hodnota absorbované energie nemůže zobrazit. Energie je práce vykonaná kyvadlem při porušení zkušebního tělesa; vzhled lomu zaznamenává, jak byla tato práce spotřebována. Vysoká hodnota může odrážet rozsáhlou plastickou deformaci, zatímco nižší hodnota může ukazovat na rychlý štěpný lom, avšak stejná nominální energie může vzniknout různými kombinacemi plasticity, šíření trhliny a omezení deformace.

Toto rozlišení je důležité zejména u feritických ocelí, které obvykle přecházejí z tvárného chování při vyšších teplotách k chování, v němž s klesající teplotou dominuje štěpný lom. Výsledek při pokojové teplotě proto může zakrýt přechod, při němž se mechanismus lomu v poměrně malém teplotním intervalu výrazně mění. ASTM E23 zahrnuje stanovení vzhledu smykového lomu při Charpyho a Izodově zkoušce, zatímco ISO 148-1:2016 specifikuje kyvadlové rázové zkoušky kovových materiálů s Charpyho V-zářezem a U-zářezem. Žádná z těchto norem nestanoví vzhled lomu jako náhradu za energii, houževnatost nebo kvalifikaci pro provoz.

![Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška](/images/uploads/d45cbdd9-357d-498f-a018-ddde10f7677c/wiki-inline-a-broken-steel-charpy-specimen-showing-contrasting-ductile-shear-and-cleavage-fr-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/d45cbdd9-357d-498f-a018-ddde10f7677c/wiki-inline-a-broken-steel-charpy-specimen-showing-contrasting-ductile-shear-and-cleavage-fr-2027x2560.avif "Zvětšit obrázek — Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška")Fracture appearance adds evidence about how the absorbed impact energy was spent.

### Hodnocení tvárných a štěpných znaků

Oblast tvárného smykového lomu má obvykle vláknitý, matný nebo potrhaný vzhled. Trhlina se šíří za výrazné plastické deformace, často mechanismem nukleace, růstu a koalescence mikrodutin. Na lomové ploše může tento mechanismus vytvářet hrubší strukturu a šikmé smykové okraje v blízkosti volných povrchů. Při příslušné zkoušce se často zaznamená vyšší absorbovaná energie, protože se zkušební těleso před úplným oddělením výrazně deformuje.

Štěpný lom je typicky světlejší a působí krystalickým dojmem, s relativně plochými fasetami a říčními vzory, které ukazují na rychlé šíření trhliny podél přednostních krystalografických rovin. Ve srovnání s tvárným trháním při něm dochází k mnohem menší makroskopické plastické deformaci. Plocha, na níž dominuje štěpný lom, obvykle doprovází nízký výsledek rázové energie, avšak vzhled je nutné posuzovat s ohledem na orientaci zkušebního tělesa, jakost oceli, teplotu, stav zářezu a metodu zkoumání. Zlomená plocha nepředstavuje úplnou metalografickou diagnózu.

Přechod bývá často smíšený, nikoli náhlý. Jedno zkušební těleso může obsahovat tvárné trhání na vnějších površích a oblast štěpného lomu blíže zářezu, případně oddělené tvárné a štěpné oblasti rozdělené viditelnou hranicí. Uvedení podílu smykového lomu, často jako procenta lomové plochy, může ukázat, že materiál prochází přechodem od tvárného ke křehkému lomu, i když se hodnoty energie překrývají. Například dvě zkušební tělesa mohou absorbovat podobnou energii, přičemž jedno má převážně vláknitý lom a druhé obsahuje rozsáhlou štěpnou oblast; tyto výsledky neposkytují stejné varování před šířením trhlin při nízké teplotě.

Vzhled lomu také pomáhá odhalit rozptyl výsledků. Charpyho energie je ovlivněna ostrostí zářezu, místními vměstky, strukturou zrn, orientací zkušebního tělesa a zkušební teplotou. Jediný průměr může skrýt zkušební těleso s neobvykle rozsáhlou štěpnou oblastí. Prozkoumání zlomených ploch poskytuje fyzickou kontrolu, zda naměřená energie odpovídá očekávanému mechanismu porušení.

Tento důkaz by neměl být nesprávně označován jako lomová houževnatost v rovinném stavu deformace. NIST popisuje Charpyho zkoušku jako zkoušku při vysoké rychlosti zatěžování, která měří energii absorbovanou během lomu a poskytuje nepřímou míru rázové houževnatosti. Korelace mohou odhadovat dolní mez lomové houževnatosti feritických ocelí, avšak pro chování v dolní oblasti, v oblasti přechodu a v horní oblasti platí odlišné vztahy. Hodnota z Charpyho zkoušky není přímou hodnotou KIC, JIC ani měřením odolnosti proti zastavení trhliny.

### Vzhled smykového lomu jako uváděný výsledek

Vzhled smykového lomu se uvádí společně s absorbovanou energií, zkušební teplotou, orientací zkušebního tělesa a identifikačními údaji. Při práci podle norem je důležitá metoda použitá ke stanovení podílu smykového lomu; vizuální odhady, srovnávací postupy a konvence měření by se neměly kombinovat bez uvedení použitého základu. Protokol by měl uvádět, zda bylo zkušební těleso ve standardním provedení s V-zářezem nebo U-zářezem a zda byla přítomna nějaká úprava, například boční drážky.

Rostoucí podíl smykového lomu se zvyšující se teplotou obecně podporuje závěr o přechodu od štěpného k tvárnému lomu. Sám o sobě však nestanovuje univerzální přechodovou teplotu. Inženýři mohou přechodovou teplotu definovat na základě kritéria energie, kritéria smykové plochy nebo stanovené kombinace; tyto teploty nemusí být shodné. Zvolené kritérium proto musí být uvedeno.

Instrumentovaná zkouška může poskytnout další informace o zatěžování a událostech při lomu. ISO 14556:2023 se týká instrumentované Charpyho zkoušky s V-zářezem a zařízení používaného k měření a zaznamenávání rázového chování; instrumentovaná zkouška nespadá do ISO 148-1:2016. Tyto metody mohou pomoci rozlišit znaky iniciace a šíření trhliny, stále však vyžadují kontrolu geometrie, stavu materiálu, teploty a orientace.

Interpretaci ovlivňuje také odběr vzorků. ASTM A673/A673M specifikuje postupy odběru vzorků pro podélné Charpyho zkoušky s V-zářezem konstrukční oceli a rozlišuje četnost zkoušek tavby a jednotlivých kusů. Fotografie lomu a hodnota energie proto popisují konkrétní zkoušené těleso; automaticky nepředstavují každou tabuli, kus ani tavbu.

### Zjištění NIST týkající se Charpyho zkušebních těles s bočními drážkami

Hodnocení Charpyho rázových zkoušek s bočními drážkami, které NIST provedl v roce 2011, ukázalo, že boční drážky mění více než jen obrys zkušebního tělesa. Při energiích v horní oblasti omezují hromadění plastické deformace a podporují štěpení. Uváděná intenzita štěpení byla nejvyšší v blízkosti teploty přechodu od tvárného ke křehkému lomu.

Štěpení je podélné oddělení nebo trhací znak, který se může rozvíjet před hlavní lomovou dráhou nebo podél ní. Boční drážky usměrňují deformaci a mění omezení deformace napříč šířkou zkušebního tělesa, čímž ovlivňují růst trhliny i výslednou morfologii lomu. Lomová plocha pak může působit členitěji a může být ovlivněna jak naměřená energie, tak rozdělení mezi tvárné a štěpné oblasti.

Z tohoto důvodu by se zkušební tělesa s bočními drážkami a běžná Charpyho zkušební tělesa neměla porovnávat bez rozmyslu. Změněná geometrie ovlivňuje omezení deformace, plasticitu, šíření trhliny i možnost vzniku štěpení. Výsledek získaný na zkušebním tělese s bočními drážkami může být užitečný pro konkrétně vymezený výzkumný nebo kvalifikační účel, není však pouze ostřejší verzí standardního výsledku. Geometrie, tvar zářezu, rozměry drážek, orientace, teplota a způsob uvádění výsledků musí odpovídat zamýšlenému porovnání.

Zjištění NIST rovněž potvrzují zásadní omezení rázové energie: samotné číslo neurčuje mechanismus lomu. Energie, smyková plocha, štěpné znaky a štěpení by se měly posuzovat společně, přičemž příslušná norma a konstrukce zkušebního tělesa musí zůstat zřejmé.

## Instrumentovaná Charpyho zkouška a informace, které mohou poskytnout další signály

Instrumentovaná Charpyho zkouška přidává k běžné kyvadlové rázové zkoušce měřicí kanály. Namísto zaznamenávání pouze počáteční a konečné energie kladiva přístroj zaznamenává sílu působící na vzorek a její změny v průběhu děje. Tento dodatečný záznam může ukázat, kdy vzorek začíná ztrácet schopnost přenášet zatížení, kolik práce proběhne před růstem trhliny a jak se lom po iniciaci vyvíjí. Z instrumentovaného vzorku Charpyho zkoušky se tím nestává běžný vzorek pro zkoušku lomové houževnatosti.

ISO 148-1:2016 stanovuje kyvadlové rázové zkoušky s V-vrubem a U-vrubem pro kovové materiály, instrumentovaná zkouška je však z této metody vyloučena. Samostatná norma ISO 14556:2023 stanovuje instrumentovanou kyvadlovou rázovou zkoušku Charpyho vzorků s V-vrubem a měřicí a záznamové zařízení používané k získání dodatečných informací o chování lomu za rázových podmínek. ASTM E23 zahrnuje rázové zkoušky na prostém nosníku Charpyho typu a na konzolovém nosníku Izodova typu, včetně požadavků na vzorky, postupů, ověřování zařízení, vykazování výsledků a stanovení vzhledu smykového lomu; instrumentovaný výsledek je však stále závislý na příslušné zkušební normě a požadavcích na vykazování.

![Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška](/images/uploads/a0913c6e-30f6-4695-9735-b4ff08dc2948/wiki-inline-instrumented-charpy-testing-with-force-time-and-cumulative-energy-traces-during-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/a0913c6e-30f6-4695-9735-b4ff08dc2948/wiki-inline-instrumented-charpy-testing-with-force-time-and-cumulative-energy-traces-during-1920x1288.avif "Zvětšit obrázek — Rázová houževnatost oceli a Charpyho zkouška")Instrumented Charpy testing records how force and absorbed work change throughout the impact event.

### Informace ze závislosti síla–čas a energie–čas

Běžný výsledek Charpyho zkoušky se obvykle uvádí jako absorbovaná rázová energie, nejčastěji v joulech. NIST popisuje Charpyho zkoušku jako zkoušku s vysokou rychlostí zatěžování, která měří energii absorbovanou během lomu a poskytuje nepřímou míru rázové houževnatosti. Instrumentace přidává záznam závislosti síla–čas a často také závislosti síla–posunutí nebo síla–energie, z níž lze vypočítat celkovou práci. Zjednodušeně řečeno, plocha pod křivkou síla–posunutí představuje mechanickou práci dodanou vzorku, zatímco křivka energie–čas ukazuje, jak rychle se tato práce akumuluje.

Na tvaru křivky záleží. Prudký počáteční nárůst může odrážet pružné a plastické zatěžování ligamenta s vrubem. Maximální síla může označovat okamžik, kdy vzorek dosáhne nejvyššího zatížení, maximální síla však automaticky neodpovídá okamžiku fyzické iniciace trhliny. Klesající část může signalizovat růst trhliny, plastické zhroucení, změny kontaktu rázníku nebo kombinaci těchto účinků. Signál je proto nutné interpretovat s ohledem na geometrii vzorku, konfiguraci rázníku, rozpětí, rychlost rázu a zkušební teplotu.

Smysluplný záznam začíná kvalitou měření. Zaznamenanou křivku ovlivňují silové snímače, měření posunutí nebo rychlosti, časování, šířka pásma zesilovače, rychlost sběru dat i kalibrace. Mechanické vibrace mohou vytvářet oscilace podobné lomovým dějům. Filtrování může odstranit šum, nadměrné filtrování však může také posunout vrchol nebo zakrýt krátký iniciační děj. Poddajnost zařízení a hmotnost rázníku ovlivňují vztah mezi zaznamenaným signálem a silou skutečně přenášenou vzorkem.

Integrovaná instrumentovaná energie by se měla rovněž porovnat s konvenčním výsledkem absorbované energie naměřeným zařízením. Shoda není zaručena: rozdíly mohou vznikat v důsledku tření, ztrát kyvadla, účinků upnutí, chyb kalibrace a zvoleného způsobu rekonstrukce závislosti síla–posunutí. Pravidelné ověřování zařízení zůstává důležité. ISO 148-2 a ASTM E23 poskytují postupy ověřování včetně certifikovaných vzorků v rámci programu Charpy Machine Verification Program popsaného organizací NIST.

### Chování při iniciaci a šíření lomu za rázového zatížení

Jedním z důležitých využití záznamu síly je rozdělení děje na jednotlivé fáze. Před postupem trhliny může ligament s vrubem procházet pružnou a plastickou deformací. Pokud poté dojde k iniciaci trhliny, může křivka síla–čas vykázat změnu sklonu, lokální maximum, náhlý pokles nebo jiný znak zvolený analytickým postupem. Práci do zvoleného iniciačního bodu lze označit jako iniciační energii, zatímco zbývající práce souvisí s následným šířením trhliny a deformací vzorku.

Tyto pojmy popisují analýzu, nikoli automaticky fyzikální skutečnost. K iniciaci trhliny může dojít před zřetelným poklesem síly, zejména když se stabilní tvárné trhání rozvíjí postupně. Naopak prudká změna signálu může být důsledkem účinku zařízení nebo kontaktu, nikoli nově vzniklé trhliny. K potvrzení významu konkrétního znaku může být zapotřebí vysokorychlostní zobrazování, prohlídka lomové plochy po zkoušce, analýza poddajnosti nebo doplňkové snímače.

Toto rozlišení může být zvláště informativní v oblasti přechodu z tvárného do křehkého lomu u feritických ocelí. Při nižších teplotách může štěpný lom způsobit rychlou ztrátu únosnosti a relativně malou deformaci. Při vyšších teplotách mohou tvárné trhání a plastická deformace spotřebovat více energie během delší části záznamu. Vzhled lomu představuje zásadní kontrolu: smykové a vláknité oblasti obecně podporují jinou interpretaci než oblasti s převládajícím štěpným lomem, i když mají dva vzorky podobnou celkovou energii.

Orientace vzorku a stav materiálu zůstávají součástí výsledku. ASTM A673/A673M stanovuje postupy odběru vzorků pro podélné Charpyho zkoušky s V-vrubem konstrukčních ocelí a rozlišuje četnost zkoušek tavby od četnosti zkoušek jednotlivých kusů. Podrobná křivka síla–čas z jednoho místa odběru nemůže stanovit chování ve všech orientacích, tloušťkách plechu, oblastech svaru nebo stavech po tepelném zpracování.

Hodnocení vzorků Charpyho zkoušky s bočními drážkami, které NIST provedl v roce 2011, ukázalo, že boční drážky snižují akumulaci plastické deformace při energiích horní prahové oblasti a podporují rozštěpování, přičemž intenzita rozštěpování je nejvyšší v blízkosti teploty přechodu z tvárného do křehkého lomu. Takové změny geometrie mohou ovlivnit průběh síly i vzhled lomu. Při porovnávání souborů dat by neměly být považovány za nepodstatnou úpravu.

### Omezení převodu instrumentovaných dat na lomovou houževnatost

Instrumentovaná data z Charpyho zkoušky mohou podpořit výpočty v rámci lomové mechaniky, převod však vyžaduje stanovený analytický postup, validovanou kalibraci a předpoklady týkající se geometrie trhliny, deformace, rychlosti zatěžování a chování materiálu. Samotný záznam závislosti síla–čas neposkytuje platný kritický faktor intenzity napětí KIc ani platnou hodnotu JIc lomové houževnatosti za rovinné deformace.

Standardní zkouška lomové houževnatosti používá vzorek s únavovou předtrhlinou, kontrolované rozměry, měření velikosti trhliny, požadavky na platnost výsledku a kritéria pro rovinnou deformaci nebo elasticko-plastickou houževnatost. Obráběný Charpyho vzorek s V-vrubem má jiný poloměr vrubu, geometrii ligamenta, uspořádání zatěžování a často i jinou míru omezení deformace. Dynamické zatěžování dále mění odezvu materiálu. I když instrumentovaná křivka umožňuje odhad iniciační energie nebo síly spojené s růstem trhliny, tento odhad nelze automaticky zaměňovat za lomovou houževnatost.

Energii Charpyho zkoušky lze u feritických ocelí vztáhnout ke spodní mezi lomové houževnatosti prostřednictvím stanovených korelací, pro chování ve spodní prahové oblasti, v přechodové oblasti a v horní prahové oblasti však platí odlišné vztahy. Číslo musí být doprovázeno údaji o teplotě, geometrii vrubu, orientaci vzorku, vzhledu lomu a stavu materiálu. Zastavování trhliny je opět samostatnou otázkou: zkouška na strhávání při pádu závaží charakterizuje zastavení trhliny v oceli potrubí prostřednictvím podílů tvárného smykového a štěpného lomu v závislosti na rázové teplotě, nikoli nahrazením výsledků Charpyho zkoušky nebo zkoušky lomové houževnatosti.

Instrumentovaná zkouška proto přidává důkazy, nikoli univerzální převodní faktor. Nejpřesvědčivější interpretace je možná tehdy, když je zařízení ověřeno, signály jsou čisté a kalibrované, vzorek i teplota jsou zdokumentovány a kritérium iniciace nebo šíření je výslovně uvedeno.

## Od Charpyho energie k lomové houževnatosti a zastavení trhliny

Charpyho energie není hodnotou lomové houževnatosti. Jedná se o energii absorbovanou při porušení standardizovaného tělesa s vrubem působením kyvadlového rázu při vysoké rychlosti zatěžování. NIST tento výsledek popisuje jako nepřímou míru rázové houževnatosti, nikoli jako přímé měření parametru na čele trhliny, jako je KIC, JIC nebo rozevření čela trhliny. Toto rozlišení je důležité, protože malá Charpyho tyč a velká trhlinová konstrukční součást jsou vystaveny odlišnému omezení plastické deformace, velikosti trhliny, stavu napjatosti a rozměrům plastické zóny.

Norma ASTM E23 zahrnuje jak rázové zkoušky Charpyho metodou na prostě podepřeném nosníku, tak rázové zkoušky Izodovou metodou na konzolovém nosníku, zatímco ISO 148-1:2016 specifikuje kyvadlové zkoušení kovových materiálů Charpyho metodou s V-vrubem a U-vrubem. Instrumentované rázové zkoušení je samostatnou metodou: ISO 14556:2023 se zabývá instrumentovanými zkouškami Charpyho metodou s V-vrubem a během porušení zaznamenává sílu, posunutí a energii. Na spolehlivost výsledku má vliv také ověřování zkušebního stroje. ASTM E23 a ISO 148-2 vyžadují pravidelné ověřování včetně zkoušek s certifikovanými referenčními tělesy a NIST provozuje program ověřování Charpyho strojů.

Uvedená hodnota v joulech proto popisuje konkrétní těleso, vrub, orientaci, teplotu, rychlost zkoušky a stav materiálu. Norma ASTM A673/A673M přidává další podmínku pro konstrukční ocel: specifikuje postupy odběru vzorků pro podélné zkoušení Charpyho metodou s V-vrubem a rozlišuje četnost zkoušek tavby a zkoušek jednotlivých výrobků. Odběr vzorků je součástí významu výsledku. Hodnota získaná z jednoho vybraného tělesa nemůže automaticky reprezentovat každý plech, oblast sousedící se svarem, směr válcování ani provozní teplotu.

### Podmíněné korelace pro feritické oceli

U feritických ocelí může Charpyho energie podpořit odhad dolní meze lomové houževnatosti, pokud byla korelace stanovena pro příslušnou skupinu ocelí a režim porušení. To je užitečné, protože u feritických ocelí se při poklesu teploty běžně projevuje přechod z houževnatého na křehký lom. Křivka rázové energie může obsahovat dolní plato, přechodovou oblast a horní plato a vztah mezi absorbovanou energií a odolností proti lomu se v těchto oblastech mění.

Pro chování v oblasti dolního plata, v přechodové oblasti a v oblasti horního plata platí odlišné vztahy. Korelace zvolená pro horní plato by neměla být použita pro výsledek z dolního plata pouze proto, že obě hodnoty jsou uvedeny v joulech. V přechodové oblasti mohou malé změny teploty vyvolat velké změny mechanismu lomu a naměřené energie, takže teplota, při níž byla hodnota Charpyho energie získána, je zásadní. Vzhled lomové plochy poskytuje druhý důkaz: lom dominovaný štěpením obecně absorbuje méně energie, zatímco tvárné trhání obvykle vyvolává větší plastickou deformaci a vyšší absorbovanou energii.

I u feritických ocelí mohou vztah měnit chemické složení, velikost zrna, úroveň pevnosti, tepelné zpracování, tloušťka plechu, směr válcování, ostrost vrubu a ozáření nebo tepelné stárnutí. Korelace je tedy podmíněným modelem, nikoli univerzálním převodem joulů na lomovou houževnatost. Pro definovanou skupinu materiálů, rozsah teplot, orientaci tělesa a podmínky platnosti může poskytnout konzervativní orientační odhad. Z běžného výsledku Charpyho zkoušky však nečiní měření lomové houževnatosti za podmínek rovinné deformace.

Na interpretaci může mít vliv také samotné zkušební těleso. Ve studii NIST publikované v roce 2011 vykazovala Charpyho tělesa s bočními drážkami menší hromadění plastické deformace při energiích odpovídajících hornímu platu a větší výskyt rozštěpení; intenzita rozštěpení byla nejvyšší v blízkosti teploty přechodu z houževnatého na křehký lom. Toto zjištění tento bod potvrzuje: dokonce i upravená geometrie Charpyho tělesa může změnit proces lomu a nelze s ní zacházet jako s tělesem běžné geometrie s V-vrubem.

### Odhady dolní meze a jejich omezení

Účelem odhadu dolní meze je zabránit tvrzení o větší odolnosti proti lomu, než jakou podklady podporují. Může být vhodný pro předběžný screening, hodnocení integrity podle definovaných postupů nebo situace, kdy norma či regulační praxe výslovně povoluje vztah založený na Charpyho zkoušce. Odhad musí zachovávat své podmínky: skupinu materiálu, rozsah meze kluzu, orientaci, teplotu, konfiguraci vrubu, rozsah energie a odhadovaný parametr lomové houževnatosti.

Dolní mez není zárukou, že součást odolá každé trhlině. Charpyho tělesa jsou malá a k jejich porušení může dojít při menším omezení plastické deformace než u tlusté součásti obsahující ostrou únavovou trhlinu. Konstrukční trhlina proto může být vystavena odlišnému poli napětí než obrobený Charpyho vrub. Tloušťka, zbytkové napětí, vady svaru, rychlost zatěžování, velikost trhliny a biaxialita mohou snížit vypovídací schopnost jednoduché korelace založené na energii. Hodnota naměřená při pokojové teplotě také vypovídá jen málo o chování při nižší provozní teplotě, pokud nebyla stanovena přechodová křivka.

Vzhled lomové plochy a údaje o přechodové teplotě by měly doprovázet hodnotu energie vždy, když je důležité riziko křehkého lomu. Jediný výsledek z oblasti horního plata může skrývat strmý přechod při nižších teplotách; výsledek z dolního plata může identifikovat stav, v němž již dominuje štěpení. Přímé zkoušení lomové houževnatosti zůstává nezbytné, pokud posouzení závisí na kvalifikované hodnotě K, J nebo rozevření čela trhliny při stanoveném omezení plastické deformace a požadavcích na platnost výsledku.

### Jak se zkouška pádem závaží liší

Zkouška trhací houževnatosti pádem závaží odpovídá na jinou otázku než Charpyho zkouška. Byla vyvinuta pro hodnocení chování trhlin a jejich zastavení v ocelích pro potrubí, nikoli pouze pro seřazení malých těles podle absorbované rázové energie. Relativně dlouhý pásek s vrubem je vystaven úderu za řízených rázových podmínek a výsledná lomová plocha se zkoumá v určitém rozsahu teplot. Hodnocení se zaměřuje na podíly tvárného smykového a štěpného lomu včetně toho, zda se šířící lom zastaví při změně mechanismu lomu.

Charpyho zkouška zjišťuje, kolik energie standardizovaná tyč s vrubem absorbuje před porušením, a může uvádět absorbovanou energii, boční rozšíření a vzhled smykového lomu. Zkouška trhací houževnatosti pádem závaží zjišťuje, jak se šířící lom chová v oceli pro potrubí a jak se lomová plocha mění mezi tvárným trháním a štěpením. Obě zkoušky mohou odhalit přechod z houževnatého na křehký lom, jejich geometrie, rozměry těles, odezva na zatěžování a technické výstupy se však liší.

Charpyho zkoušku používejte ke stanovení rázové energie a přechodového chování pro specifikovaný materiál a orientaci. Povolenou Charpyho korelaci používejte pouze pro uvedený odhad dolní meze lomové houževnatosti. Zkoušku trhací houževnatosti pádem závaží používejte, pokud se technická otázka týká dlouhého šíření lomu a jeho zastavení v oceli pro potrubí. Žádný z těchto výsledků nemůže sám o sobě zodpovědět druhou otázku.

## Zdroje

1. \[1\] International Organization for Standardization. [ISO 148-1:2016 Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method](https://www.iso.org/cms/render/live/en/sites/isoorg/contents/data/standard/06/38/63802.html). ISO standard, 2016. [](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#wiki-cite-ref-1) https://www.iso.org/cms/render/live/en/sites/isoorg/contents/data/standard/06/38/63802.html
2. \[2\] ASTM International. [ASTM A673/A673M: Standard Specification for Sampling Procedure for Impact Testing of Structural Steel](https://store.astm.org/a0673_a0673m-25.html). ASTM International standard, 2025. [](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#wiki-cite-ref-2) https://store.astm.org/a0673\_a0673m-25.html
3. \[3\] National Institute of Standards and Technology. [Charpy Machine Verification Program](https://www.nist.gov/programs-projects/charpy-machine-verification-program). NIST program resource, 2024. [](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#wiki-cite-ref-3) https://www.nist.gov/programs-projects/charpy-machine-verification-program
4. \[4\] International Organization for Standardization. [ISO 14556:2023 Metallic materials — Charpy V-notch pendulum impact test — Instrumented test method](https://www.iso.org/cms/render/live/en/sites/isoorg/contents/data/standard/08/21/82164.html). ISO standard, 2023. [](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#wiki-cite-ref-4) https://www.iso.org/cms/render/live/en/sites/isoorg/contents/data/standard/08/21/82164.html
5. \[5\] ASTM International. [ASTM E23: Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials](https://store.astm.org/standards/e23). ASTM International standard, 2025. [](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#wiki-cite-ref-5) https://store.astm.org/standards/e23
6. \[6\] TWI. [What fracture toughness can I assume for a ferritic steel if I know that it meets a certain Charpy energy requirement?](https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-fracture-toughness-can-i-assume-for-a-ferritic-steel-if-i-know-that-it-meets-a-certain-charpy-energy-requirement). TWI Technical Knowledge, 2024. [](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#wiki-cite-ref-6) https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-fracture-toughness-can-i-assume-for-a-ferritic-steel-if-i-know-that-it-meets-a-certain-charpy-energy-requirement
7. \[7\] National Institute of Standards and Technology. [Side-Grooved Charpy Impact Testing: Assessment of Splitting and Fracture Properties of High-Strength Steels](https://www.nist.gov/publications/side-grooved-charpy-impact-testing-assessment-splitting-and-fracture-properties-high). NIST publication, 2011. [](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#wiki-cite-ref-7) https://www.nist.gov/publications/side-grooved-charpy-impact-testing-assessment-splitting-and-fracture-properties-high
8. \[8\] TWI. [What is the drop-weight tear test?](https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-is-the-drop-weight-tear-test). TWI Technical Knowledge, 2024. [](/cs/wiki/materi%C3%A1lov%C3%BD-list/r%C3%A1zov%C3%A1-hou%C5%BEevnatost-oceli-a-charpyho-zkou%C5%A1ka#wiki-cite-ref-8) https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-is-the-drop-weight-tear-test

 **Na první pohled**

Běžný výsledek zkoušky Charpy

Absorbovaná rázová energie, obvykle v joulech

Primární podmínka zatěžování

Náraz při vysoké rychlosti zatěžování

Klíčové proměnné

Teplota, vrub, orientace, odběr vzorků a stav materiálu

Čím není

Přímá hodnota KIC, JIC, CTOD ani hodnota zastavení trhliny

 [Zpět na Jak číst materiálový list](/cs/wiki/materiálový-list "Jak číst materiálový list — Steel Wiki")