De betekenis van de kerfslagwaarde

De kerfslagwaarde is een belangrijke materiaaleigenschap en geeft antwoord op de vraag: hoe breukbestendig is mijn constructie bij verschillende gebruikstemperaturen.

Wat is de kerfslagwaarde?

De kerfslagwaarde is het resultaat van een kerfslagproef en geeft als waarde de hoeveelheid energie die nodig is om een proefstaaf, met een standaardafmeting, bij een bepaalde temperatuur te breken.

Aan de hand van de kerfslagwaarde is de taaiheid/brosheid van een materiaal te bepalen.

Waarom is de kerfslagwaarde belangrijk?

In staalconstructies is breukbestendigheid erg belangrijk. Onder invloed van de temperatuur verandert de taaiheid van staal. Bij lage temperaturen zal het staal eerder breken en geeft minder breuksignalen. Is de temperatuur hoger, dan is ook de taaiheid van het materiaal hoger.

Anders dan bij een trekproef, houdt de kerfslagproef rekening met de temperatuur waaronder het materiaal belast wordt. Aan de hand van de kerfslagwaarde kan een materiaal gekozen worden met een taaiheid die goed is, ook bij lage gebruikstemperaturen.

Kerfslagwaarde en lassen

Onder invloed van lassen, en de warmte die daar bij vrijkomt, veranderen de materiaaleigenschappen. De kerfslagwaarde veranderd, waardoor het materiaal brosser wordt.

In de praktijk zal dus voor een materiaal gekozen moeten worden met een kerfslagwaarde die bestand is tegen lagere temperaturen dan de daadwerkelijke gebruikstemperatuur.

Kerfslagwaarde - invloed van lassen - grafiekDe kerfslagwaarde verandert onder invloed van lassen.

Hoe werkt een kerfslagproef?

De kerfslagwaarde wordt bepaalt door het uitvoeren van een kerfslagproef. Ook wel bekend als de Charpy impact test of Charpy V-notch test, vernoemd naar de Franse wetenschapper Georges Charpy.

Het meettoestel bestaat uit een pendel met een hamer aan de ene kant en aan de andere kant een schaal. Onderin de opstelling is een aambeeld geplaatst, waarin de proefstaaf geplaatst wordt.

De proefstaaf is samengesteld uit het constructiemateriaal en heeft een vaste afmeting, met in het midden een gekalibreerde zaagsnede.

Om bruikbare resultaten te verkrijgen is de test gestandaardiseerd. Zo moet een volle standaard proefstaaf 10 x 10 x 55 mm zijn (een driekwart staaf van 10 x 7.5 x 55 mm en een halve staaf 10 x 5 x 55 mm mag ook). Alle details zijn terug te vinden in de EN 10045-1 en/of de ISO 148.

Kerfslagproef - Charpy V-notch testDe kerfslagproef
Kerfslagstaaf voor kerfslagproefGekalibreerde kerfslagstaaf

De uitvoering

  • 1. Om het energieverlies door wrijving te meten, wordt de hamer in de startpositie gebracht. Vervolgens wordt de hamer losgelaten, zonder dat er een proefstaaf in het aambeeld aanwezig is. Het energieverlies door wrijving is van de schaal af te lezen.
  • 2. Opnieuw wordt de hamer in de startpositie gebracht. Nu wordt ook het proefstaafje in het aambeeld geplaatst. Vervolgens wordt de hamer losgelaten. De proefstaaf wordt door de hamer kapotgeslagen en absorbeert een deel van de energie. Het resultaat is de kerfslagwaarde bij de testtemperatuur.

De kerfslagwaarde van een materiaal is niet om te rekenen naar een bepaalde temperatuur. In de Europese norm zijn 4 temperaturen vastgelegd waarbij de kerfslagproef moet worden uitgevoerd: 20°C, 0°C, -20°C en -40°C.

Taaie en brosse breuk

Het breukgedrag van ongelegeerd en laaggelegeerd staal verandert bij een lager wordende temperatuur. Bij hogere temperaturen zal de breuk taai zijn en bij lagere temperaturen zal het materiaal bros breken. Iedere metaalsoort heeft een eigen curve waarlangs de taaiheid/brosheid verloopt.

Het kan voorkomen dat er een kerfslagproef wordt uitgevoerd en dat de proefstaaf niet wordt doorgeslagen. Het materiaal is dan te taai en de gemeten waarde onbruikbaar. In dat geval zal er een zwaardere hamer gebruikt moeten worden.

Kerfslagproef taaie breukBij een taaie breuk rekt het materiaal voordat het breekt.
Kerfslagproef brosse breukEen bros metaal breekt zonder breuksignaal.

Hoe worden kerfslagwaardes genoteerd?

De kerfslagwaardes die uit de kerfslagproef naar voren komen, worden aangegeven met een letter (J, K, L) gevolgd door een letter of cijfer (R, 0 – 6). De eerste letter geeft de hoeveelheid energie aan waarmee de test is uitgevoerd, het tweede symbool geeft de temperatuur aan waarbij de test is uitgevoerd.

Deze symbolen staan in de materiaalnummers vermeldt na de materiaalsoort: S235J2 is een Structural steel, met een vloeigrens van 235 N/mm2 en een kerfslagwaarde van 27 Joule bij een temperatuur van -20 graden.

Anders gezegd: bij een temperatuur van -20 graden absorbeert het proefstaafje 27 Joule aan energie.

Symbool Kerfslagenergie 20 °C 0 °C -20 °C -30 °C -40 °C -50 °C -60 °C
J >= 27 Joule JR * J0 J2 J3 J4 J5 J6
K >= 40 Joule KR * K0 K2 K3 K4 K5 K6
L >= 60 Joule LR * L0 L2 L3 L4 L5 L6

* R staat voor room temperature ofwel kamertemperatuur.