rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2026-22-1-47-63LPQAYQrmjournal-612Research ArticleСовременные методы анализа веществ и материаловModern methods of analysis of substances and materialsИспытания металлов на ударную вязкость по методу Шарпи: проблемы и пути обеспечения прослеживаемости измеренийCharpy Impact Testing of Metals: Problems and Mechanisms of Ensuring Measurement Traceabilityhttps://orcid.org/0009-0000-2410-876XГладышевЕ. Е.GladyshevE. E.

Гладышев Евгений Евгеньевич – начальник отдела промышленной метрологии

603950, г. Нижний Новгород, ул. Республиканская, д. 1

Evgeny E. Gladyshev – Head of the Department of Industrial Metrology

1 Respublikanskaya st., Nizhny Novgorod, 603950

gladyshev@nncsm.ruФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Нижегородской области»РоссияCenter for Standardization and Metrology of Rosstandart for Nizhniy Novgorod RegionRussian Federation2026060420262214763Copyright © Гладышев Е.Е., 20262026Гладышев Е.Е.Gladyshev E.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/612

Испытания металлов на ударную вязкость по методу Шарпи наряду со статическими испытаниями на растяжение составляют основу оценки их конструкционной прочности и надежности в самых разных отраслях промышленности. В настоящее время прослеживаемость измерений, проводимых при испытаниях на ударную вязкость с применением маятниковых копров, обеспечивается в основном результатами их поверки. Действующие методики поверки не учитывают критическую значимость одной из основных подсистем копра — подсистему нанесения удара и разрушения образца. В результате копёр, признанный по результатам поверки годным, в действительности показывает завышенные результаты измерений поглощенной энергии из-за ее паразитных потерь.

Анализ российских и международных стандартов по испытаниям на ударную вязкость, публикаций отечественных и зарубежных авторов позволил выявить факторы, приводящие к завышенному результату измерения поглощенной энергии классическими копрами. Проведенные межлабораторные сличительные испытания, с одной стороны, это подтвердили, а с другой — обосновали нецелесообразность построения прослеживаемости измерений на основе классического метода испытаний на ударную вязкость.

Предложено в качестве основы обеспечения прослеживаемости измерений к действующему Государственному первичному эталону единицы силы ГЭТ 32–2011 применение эталонного маятникового копра наивысшей точности, поддерживающего инструментированный метод испытаний. Наличие в его составе измерительного преобразователя силы позволило рассматривать его в качестве рабочего эталона для дальнейшей передачи единицы силы эталонным мерам (образцам). А от них — инструментированным и классическим копрам соответственно. Предложено также включение эталонного копра непосредственно в состав совершенствуемых Государственного первичного эталона единицы силы ГЭТ 32–2011 или Государственного первичного эталона единицы ударного ускорения ГЭТ 57–84.

Для устранения проблемы, связанной с завышенными результатами измерения поглощенной энергии, необходима разработка и утверждение типа мер и стандартных образцов силы и поглощенной энергии. А для массового внедрения рассмотренного подхода, кроме государственной поверочной схемы, необходимы разработка единой методики поверки и ее распространение на все маятниковые копры, эксплуатируемые в России.

Описанные выше меры позволят в действительности обеспечить единство измерений при испытаниях на ударную вязкость, проводимых с применением как классических, так и инструментированных копров.

Charpy impact testing of metals, along with static tensile testing, forms the basis for assessing their structural strength and reliability across various industries. Currently, the traceability of measurements performed during impact strength testing using pendulum impact testers is ensured mainly by the results of their verification. Existing verification procedures do not take into account the critical significance of one of the main subsystems of the impact tester – the impact and specimen fracture subsystem. As a result, an impact tester deemed suitable based on verification results actually shows overestimated absorbed energy measurement results due to parasitic energy losses.

An analysis of Russian and international standards on impact strength testing, as well as publications by domestic and foreign authors, has made it possible to identify factors leading to overestimated absorbed energy measurement results obtained with classical pendulum impact testers. The conducted interlaboratory comparison tests, on the one hand, confirmed this finding and, on the other hand, substantiated the impracticality of establishing measurement traceability based on the classical impact testing method.

It is proposed to use a reference pendulum impact machine of the highest accuracy, supporting the instrumented test method, as the basis for ensuring measurement traceability to the existing State Primary Standard of the unit of force GET 32–2011. The presence of a force measuring transducer in its composition allows it to be considered a working standard for further transferring the unit of force to reference measures (specimens), and from them, respectively, to instrumented and classical impact testers. It is also proposed to include the reference impact tester directly into the composition of the improved State Primary Standard of the unit of force GET 32–2011 or the State Primary Standard of the unit of impact acceleration GET 57–84.

To eliminate the problem associated with overestimated absorbed energy measurement results, it is necessary to develop and approve the type of force and absorbed energy measures and reference materials. Furthermore, for the widespread implementation of the considered approach, in addition to the State Verification Schedule, it is necessary to develop a unified verification procedure and extend it to all pendulum impact testers operated in Russia.

The measures described above will actually ensure the uniformity of measurements in impact strength testing performed using both classical and instrumented impact testers.

испытания металловударная вязкостьиспытания на ударную вязкостьметод Шарпиметрологическая прослеживаемость измеренийинструментированные испытанияmechanical testing of metalsimpact toughnessimpact toughness testsCharpy impact testmetrological traceabilityinstrumented impact testingReferencesЛаврентьев Н. Д., Максютин И. В., Погуляев С. И. Экспериментальное обоснование нового подхода к оценке степени опасности механических дефектов на магистральных газопроводах // Вести газовой науки. 2022. № 1 (50). С. 94–100.Lavrentyev ND, Maksyutin IV, Pogulyaev SI. Experimental validation of a new concept in assessing severity of mechanical defects at trunk gas pipelines. Vesti Gazovoy Nauki. 2022;1(50):94–100. (In Russ.).Оценка критической температуры перехода в хрупкое состояние конструкционных сталей, эксплуатирующихся в Арктическом регионе / Л. Г. Петрова [и др.] // Проблемы экспертизы в автомобильно-дорожной отрасли. 2023. № 2 (7). С. 59–70.Petrova LG, Belashova IS, Demin PE, Frolov MA. Evaluation of the critical temperature of transition to brittle state of construction steels operating in the arctic region. Automotive end Road expert evaluation. 2023;2(7):59–70. (In Russ.).Петрова Л. Г. Металловедческая экспертиза разрушений конструкций по причине хладноломкости: исторический обзор // Проблемы экспертизы в автомобильно-дорожной отрасли. 2022. № 2 (3). С. 29–46.Petrova LG. Metallurgical examination of structural failures due to cold brittleness: A historical overview. Automotive end Road expert evaluation. 2022;2(3):29–46. (In Russ.).Испытания на ударную вязкость. Действующие стандарты и перспективы развития отечественной нормативной базы / Д. Д. Заботкин [и др.] // Механометрика : Материалы конференции «Механометрика 2025. Механические измерения и испытания», г. Санкт-Петербург, 1–3 июля 2025 года / ВНИИМ им. Д. И. Менделеева. Санкт-Петербург: ВНИИМ, 2025. С.17–18.Zabotkin DD, Dunaev AV, Sazonov SM, Kotova OK. Impact toughness tests. Current standards and prospects for the development of the domestic regulatory framework. In: Mekhanometrika 2025. Mechanical measurements and tests: Collection of abstracts of reports of the international scientific and technical conference, 1–3 July 2025, St. Petersburg, Russia. St. Petersburg: VNIIM; 2025. P. 17–18. (In Russ.).Зайцев Г. П. О сравнимости показаний маятниковых копров // Заводская лаборатория. 1938. № 11.Zaitsev GP. On the comparability of pendulum impact tester readings. Industrial Laboratory. 1938;11. (In Russ.).Бейль С. Я. К вопросу о сравнимости показаний маятниковых копров различных конструкций // Исследования в области механических измерений: Труды ВНИИМ. Выпуск 1 (61) / Под редакцией В. Г. Махровского. Ленинград : ВНИИМ, 1948. С. 91–104.Beil SYa. On the question of the comparability of readings of pendulum impact testers of various designs. In: Research in the field of mechanical measurements: Trudy VNIIM. Issue 1 (61). VG Mahrovskij (eds.). Leningrad: VNIIM; 1948. P. 91–104. (In Russ.).Ченцова Ю. С., Толмачев В. В., Забелина А. А. Оценивание неопределенности при испытаниях на ударный изгиб с использованием стандартного образца // Эталоны. Стандартные образцы. 2023. Т. 19, № 4. С. 143–150. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-4-143-150Chentsova YuS, Tolmachev VV, Zabelina AA. Estimation of uncertainty in Charpy Pendulum Impact Test using the reference material. Measurement Standards. Reference Materials. 2023;19(4):143–150. (In Russ.). https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-4-143-150Driscoll D. E. Reproducibility of Charpy Impact Test // ASTM Special Technical Publication. 1955. STP 176. P. 3–15. https://doi.org/10.1520/STP47578SDriscoll DE. Reproducibility of Charpy Impact Test. ASTM Special Technical Publication. 1955;176:3–15. https://doi.org/10.1520/STP47578SFahey N. H. The Charpy Impact Test — its accuracy and factors affecting test results. In: Driscoll D. E. (ed.). Impact Testing of Metals, ASTM STP 466, ASTM International, 1970, pp. 76–92. https://doi.org/10.1520/STP32057SFahey NH. The Charpy Impact Test — its accuracy and factors affecting test results. In: Driscoll DE (ed.). Impact Testing of Metals, ASTM STP 466, ASTM International, 1970, pp. 76–92. https://doi.org/10.1520/STP32057SManahan M. P., Stonesifer R. B. The difference between total absorbed energy measured using an instrumented striker and that obtained using an optical encoder // Pendulum Impact Testing: A Century of Progress. W. Conshohocken: ASTM, 2000. P.181–197.Manahan MP, Stonesifer RB. The difference between total absorbed energy measured using an instrumented striker and that obtained using an optical encoder. In: Pendulum Impact Testing: A Century of Progress. W. Conshohocken: ASTM; 2000. P.181–197.Vigliotti D. P., Siewert T. A., McCowan C. N. Maintaining the accuracy of Charpy Impact machines // Pendulum Impact Testing: A Century of Progress. W. Conshohocken: ASTM, 2000. P. 134–145.Vigliotti DP, Siewert TA, McCowan CN. Maintaining the accuracy of Charpy Impact machines. In: Pendulum Impact Testing: A Century of Progress. W. Conshohocken: ASTM; 2000. P. 134–145.Influence of loading rate on the calibration of instrumented Charpy strikers / E. Lucon [et al.] // Journal of Testing end Evaluation. 2009. Vol. 37, Iss. 6. P. 520–530. https://doi.org/10.1520/JTE102330Lucon E, Scibetta M, McColskey JD, McCowan CN. Influence of loading rate on the calibration of instrumented Charpy strikers. Journal of Testing end Evaluation. 2009;37(6):520–530. https://doi.org/10.1520/JTE102330Vlajic N., Chijioke A. Traceable dynamic calibration of force transducers by primary means. Metrologia. 2016. Vol. 53, № 4. P. S136. https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/4/S136Vlajic N, Chijioke A. Traceable dynamic calibration of force transducers by primary means. Metrologia. 2016;53(4):S136. https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/4/S136Investigations on SI-Traceable dynamic calibration of instrumented Charpy Strikers / A. Chijioke [et al.] // Technical Note (NIST TN), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. 2018. URL: https://doi.org/10.6028/NIST.TN.1991Chijioke A, Vlajic N, Lucon E, Mulhern E. Investigations on SI-Traceable dynamic calibration of instrumented Charpy Strikers. Technical Note (NIST TN), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. 2018. Available at: https://doi.org/10.6028/NIST.TN.1991

The authors declare that there are no conflicts of interest present.