Тест ИЗОД на удар: определение, значение и расчет

Инженеры, работающие с нами в Xometry, используют разные ударные тесты для характеристик материалов — один из них тест ИЗОД (IZOD). Различные методы определяют реакцию материала; для ИЗОД нужны маятник и тиски.

Подробнее о тесте, важных факторах и сравнении с другими ударными тестами (например, Шарпи).

Что такое тест ИЗОД на удар?

Тест ИЗОД — способ определения ударной вязкости материала, конкретно — нагрузки, которую выдерживает до разрушения. Помогает выбрать правильный материал. Также называется пробивной тест ИЗОД, стандартизирован ASTM (Американским обществом испытаний и материалов) и ISO (Международной организацией по стандартизации) — хотя ISO требует немного более длинный и широкий образец.

Можно тестировать почти любой материал, но популярнее всего для пластиков и полимеров. Нужны: прямоугольный образец материала с надрезом, маятниковый ударный прибор, тиски. Ниже — схема Xometry работы теста.

Помимо удара, ИЗОД дает представление об энергии, поглощаемой материалом. Все это критично перед превращением материалов в продукты/сооружения, которые люди используют ежедневно — мосты. Метод ИЗОД: ASTM D256, для металлов — ASTM E23.

Важность теста ИЗОД на удар

Тест ИЗОД важен, потому что:

1. Позволяет инженерам определять вязкость кандидат-материалов, проектировать детали и конструкции с подходящими материалами, размерами и запасами прочности.
2. Дает наблюдать поведение материалов под ударной нагрузкой.

Зачем нужны тесты ИЗОД?

Инженеры используют ИЗОД для характеристики способности материалов поглощать энергию при ударе. Простой, быстрый тест определяет температуру перехода от вязкого к хрупкому поведению (ductile-to-brittle transition temperature). Некоторые стали переходят около 0 °C — в диапазоне эксплуатационных температур для критичных по безопасности применений: корабли, мосты.

Как рассчитывается результат теста ИЗОД?

1) Устанавливается высота молота маятника. Потенциальная энергия на этой высоте фиксируется. 2) Маятник отпускается и ударяет образец. 3) Кинетическая энергия маятника определяется в момент разрушения образца. Закон сохранения энергии дает кинетическую энергию при разрыве. Ударная вязкость материала считается кинетической энергией, поглощенной образцом при разрыве.

Единицы измерения ударной вязкости ИЗОД

Обычно Дж/м или фт-фунт/дюйм. Интерпретация: кинетическая энергия или работа (Дж, фт-фунт), необходимая для деформации материала на определенную величину (м, дюйм).

Пример теста ИЗОД

ИЗОД обычно для пластиков, Шарпи — для металлов, но оба применимы к любому материалу. Пример: производители пластиков определили среднюю вязкость полиоксиметилена (POM, ацетал) 90 Дж/м² и нейлона 6,6 — 100 Дж/м² тестом ИЗОД.

Зачем используют образец с надрезом для теста ИЗОД?

Надрез создает концентрацию напряжений у корня и заставляет разрыв происходить в воспроизводимом месте. Локализуя напряжения, надрез способствует инициированию и распространению трещины и минимизирует пластическую деформацию. Если первый молот не ломает образец — используют тяжелее, пока не разорвется.

Как выполняется процедура теста ИЗОД?

Тест относительно прост, но требует специфических условий и измерений. Общие шаги:

1. Подготовка образца: раскрой по размерам ASTM или ISO, надрез 45° V-образный. Маятник ударит прямо над ним. Вершина надреза — в середине длины образца.
2. Установка образца в маятниковый прибор, внизу где маятник качается и контактирует. Фиксация тисками.
3. Установка высоты молота (стандарт 24 дюйма), фиксация потенциальной энергии. Отпускание маятника.
4. После первого теста увеличивают вес молота до разрыва материала — тогда можно рассчитать ударную вязкость.
5. Для теста в холоде: образец в морозилке до равновесия, затем извлечение и тест.
6. Ударное значение = энергия удара / толщина образца. Единица: Дж/м или фт-фунт/дюйм — кинетическая энергия для деформации и разрыва.

Какая машина используется для теста ИЗОД?

Маятниковый испытательный прибор. Обычно: маятник с фиксацией под разными углами, молот на стержне, приспособление для образца внизу. Шкала на точке вращения позволяет задавать разные углы падения.

Стандарт теста ИЗОД

Метод стандартизирован ASTM D256 (пластики) и ASTM E23 (металлы). Также ISO 180. Главное отличие ASTM и ISO — размер образца. ASTM: 2,5" (Д) × 0,5" (Ш) × 0,125" (Т), глубина под надрезом 0,4". ISO: 3,15" (Д) × 0,39" (Ш) × 0,15" (Т), 0,31" материала под надрезом.

Факторы, влияющие на ударную вязкость ИЗОД

Несколько деталей меняют показание ударной вязкости:

1. Предел текучести

Материал может быть термообработан для выше текучести, но термообработка может снизить вязкость. Это ведет к более низкой ударной вязкости. Подробнее — в руководстве по пределу текучести.

2. Вязкость

Материалы с выше вязкостью деформируются перед необратимым повреждением. Поэтому у них выше ударная вязкость. Подробнее — в руководстве по вязкости.

3. Надрезы

Важно правильно радиус вершины и глубину надреза для точного чтения. Надрез локализует напряжение, чувствительность варьируется по материалу.

4. Температура и скорость деформации

Ниже температура — выше хрупкость и деформация при тесте. Холоднее — ниже скорость деформации, важно учитывать.

5. Механизм разрушения

Нужно понимать тип разрыва — от состава и структуры материала. Вязкий или хрупкий, или смешанный. Разные трещины: расщепление, коалесценция микропустот.

Разница между тестом ИЗОД и тестом Шарпи

Оба используют маятниковое устройство, но ИЗОД обычно для пластиков, Шарпи — для металлов. Другие отличия в таблице ниже.

Подробнее — в полном руководстве по тесту Шарпи.

Отказ от ответственности

Информация только для ознакомления. Xometry не гарантирует точность, полноту или достоверность. Параметры производительности, допуски, особенности дизайна, качество материалов или процессы не должны считаться представлением о поставках сторонних поставщиков через сеть Xometry. Заказчики отвечают за определение требований. См. условия использования.