Der IZOD Impact Test erklärt:Definition, Bedeutung und Berechnung

Ingenieure, die hier bei Xometry mit uns zusammenarbeiten, verwenden viele verschiedene Schlagtests, um die Eigenschaften eines Materials zu ermitteln, darunter der IZOD-Schlagtest. Es gibt verschiedene Methoden, um zu bestimmen, wie ein Material reagiert bzw. reagiert. Für den IZOD benötigen Sie ein Pendel und Schraubstöcke. 

Hier erfahren Sie mehr über diesen Test, seine wichtigen Faktoren und wie er im Vergleich zu anderen Schlagtests (wie dem Charpy-Schlagtest) abschneidet. 

Was ist ein IZOD-Schlagtest?

Der IZOD-Test ist eine Möglichkeit, die Schlagfestigkeit eines Materials zu bestimmen, insbesondere wie viel Belastung es aushalten kann, bevor es bricht. Dies hilft Ihnen bei der Auswahl des richtigen Materials für Ihre Bedürfnisse. Er wird auch als gekerbter IZOD-Test bezeichnet und wurde von der American Society for Testing and Materials (ASTM) und der International Organization for Standardization (IOS) als standardisierte Methode akzeptiert – obwohl letztere ein etwas längeres und breiteres Stück Material zum Testen erfordert.

Sie können damit fast jedes Material testen, am häufigsten wird es jedoch bei Kunststoffen und Polymeren eingesetzt. Für die Durchführung des Tests benötigen Sie verschiedene Materialien und Werkzeuge, darunter eine rechteckige Probe Ihres Materials mit einer Kerbe darin, ein Pendelschlagprüfgerät und einen Schraubstock. Unten finden Sie ein Diagramm des Xometry-Teams zur Funktionsweise des Tests.

Neben dem Aufprall gibt der IZOD-Test auch Aufschluss darüber, wie viel Energie das Material absorbieren kann. All dies muss unbedingt bekannt sein, bevor diese Materialien dann in Produkte oder Strukturen umgewandelt werden, die Menschen täglich nutzen, wie beispielsweise Brücken. Wenn Sie das IZOD zum Testen verwenden, ist die Methode ASTM D256 und für Metalle die Methode ASTM E23.

Welche Bedeutung hat der IZOD Impact Test?

Der IZOD-Schlagtest ist wichtig, weil er:

1. Ermöglicht Ingenieuren die Bestimmung der Zähigkeit geeigneter Materialien und ermöglicht so die Konstruktion von Teilen und Strukturen mit geeigneten Materialien, Abmessungen und Sicherheitsfaktoren.
2. Ermöglicht Ingenieuren die Beobachtung, wie sich Materialien verhalten, wenn sie einer Stoßbelastung ausgesetzt werden. 

Warum brauchen wir IZOD-Auswirkungstests?

Ingenieure verwenden den IZOD-Test, um die Fähigkeit von Materialien zu charakterisieren, bei einem Aufprall Energie zu absorbieren. Mit diesem einfachen und schnellen Test lässt sich die Temperatur ermitteln, bei der ein Material vom duktilen in das spröde Verhalten wechselt (Übergangstemperatur von duktil zu spröde). Bei einigen Stählen kommt es bei etwa 0 °C zu einem Übergang von duktil zu spröde, was deutlich innerhalb des Betriebstemperaturbereichs für viele Anwendungen mit kritischen Sicherheitsbedenken liegt, wie z. B. Schiffe und Brücken.

Wie wird das Ergebnis des IZOD-Schlagtests berechnet?

Zunächst wird die Höhe des Pendelhammers eingestellt. Die potentielle Energie des Pendels in dieser Höhe wird aufgezeichnet. Zweitens wird das Pendel abgesenkt und trifft dann auf den Prüfling. Drittens wird die kinetische Energie des Pendels beim Bruch der Probe bestimmt. Zur Bestimmung der kinetischen Energie beim Bruch wird der Energieerhaltungssatz herangezogen. Unter der Schlagzähigkeit eines Materials versteht man die kinetische Energie, die die Probe beim Bruch absorbiert.

Was sind die Einheiten der IZOD-Schlagfestigkeit?

Die Einheiten für die Schlagfestigkeit, die durch den IZOD-Test bestimmt werden, werden typischerweise in J/m oder ft-lb/in ausgedrückt. Dies kann als die kinetische Energie oder Arbeitsmenge interpretiert werden, die erforderlich ist (J, ft-lb), um das Material um einen bestimmten Betrag (m, in) zu verformen.

Was ist ein Beispiel für einen IZOD-Schlagtest?

Der IZOD-Schlagversuch wird üblicherweise für Kunststoffe verwendet, während der Charpy-Test üblicherweise für Metalle verwendet wird. Beide Methoden können jedoch für jedes Material verwendet werden. Beispielsweise haben verschiedene Kunststoffhersteller mithilfe des IZOD-Schlagtests die durchschnittliche Zähigkeit für Polyoxymethylen (POM, Acetal) auf 90 J/m2 und die durchschnittliche Zähigkeit für Nylon 6,6 auf 100 J/m2 ermittelt.

Warum verwenden wir eine gekerbte Probe für den IZOD-Schlagtest?

Für IZOD-Tests wird eine gekerbte Probe verwendet, da die Kerbe eine Spannungskonzentration am Grund der Kerbe erzeugt und den Bruch an einer wiederholbaren Stelle erzwingt. Durch die Lokalisierung von Spannungen fördert die Kerbe die Entstehung und Ausbreitung von Rissen und minimiert plastische Verformungen. Wenn das erste für den Test ausgewählte Hammergewicht die Probe nicht zerbricht, werden nach und nach schwerere Hämmer verwendet, bis die Probe tatsächlich bricht.

Wie wird das IZOD-Schlagtestverfahren durchgeführt?

Der IZOD-Test ist relativ einfach durchzuführen, erfordert jedoch bestimmte Bedingungen und Messungen. Hier sind die allgemeinen Schritte, die Sie erwarten können:

1. Bereiten Sie zunächst die Testprobe vor, indem Sie sie auf die von ASTM oder IOS geforderten Abmessungen zuschneiden und einen V-förmigen 45-Grad-Abschnitt einkerben. Das Pendel schlägt direkt darüber und bricht das Material. Sie möchten einen Scheitelpunkt haben, der in der Mitte der Länge des Testmaterials liegt.
2. Fügen Sie dann das Testmaterial in das Pendelprüfgerät an der Unterseite ein, wo das Pendel schwingt und Kontakt herstellt. Sichern Sie es mit dem Schraubstock.
3. Sie stellen die Höhe des Pendelhammers ein (der Standard ist 24 Zoll) und notieren die potenzielle Energie, die das Pendel in dieser Höhe haben wird. Lassen Sie dann das Pendel los.
4. Nach dem ersten Test können Sie das Gewicht des Pendelhammers erhöhen, bis er das Material bricht, was dann bedeuten würde, dass der Wert der Schlagfestigkeit berechnet werden kann.
5. Wenn Sie einen IZOD-Test bei kalten Temperaturen durchführen müssen, wird das Testmaterial in einen Gefrierschrank gelegt, bis es das Gleichgewicht erreicht, dann herausgenommen und getestet.
6. Um den Schlagwert zu erhalten, dividieren Sie die Schlagenergie durch die Dicke der Probe. Diese Zahl hat die Einheit J/m oder ft-lb/in, was die Menge an kinetischer Energie angibt, die erforderlich ist, um das Material zu verformen und zu brechen.

Welche Maschine wird für die IZOD-Schlagprüfung verwendet?

Für die IZOD-Schlagprüfung wird eine Pendelprüfmaschine eingesetzt. Diese Art von Maschine verfügt typischerweise über ein Pendel, das in verschiedenen Winkeln fixiert werden kann, einen Hammer am Ende der Pendelstange und eine Halterung, in die Testproben am Boden der Vorrichtung positioniert werden können. Normalerweise gibt es auch eine Skala am Drehpunkt des Pendels, mit der Benutzer verschiedene Winkel angeben können, aus denen das Pendel fallen gelassen werden soll.    

Was ist der IZOD-Schlagteststandard?

Die IZOD-Schlagtestmethode ist durch ASTM D256 für Kunststoffe und ASTM E23 für Metalle standardisiert. Die IZOD-Schlagtestmethode ist auch von der ISO (International Organization for Standardization) 180 standardisiert. Der Hauptunterschied zwischen den ASTM- und ISO-Normen besteht in der Größe des Prüflings. Die ASTM-Norm schreibt vor, dass die Testprobe Abmessungen von 2,5 Zoll (L) x 0,5 Zoll (B) x 0,125 Zoll (T) und eine Tiefe unter der Kerbe von 0,4 Zoll haben sollte, während die ISO-Norm besagt, dass die Testprobe Abmessungen von 3,15 Zoll (L) x 0,39 Zoll (B) x 0,15 Zoll (T) und 0,31 Zoll Material unter der Kerbe haben sollte.

Welche Faktoren beeinflussen die Schlagfestigkeit von IZOD?

Es gibt ein paar Details, die die Schlagfestigkeit eines Materials beeinflussen:

1. Streckgrenze

Obwohl ein Material wärmebehandelt werden kann, um eine höhere Streckgrenze zu erreichen, können Wärmebehandlungsprozesse auch die Duktilität des Materials verringern. Dies kann insgesamt zu einer geringeren Schlagfestigkeit führen. Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zur Ertragsstärke.

2. Duktilität

Materialien mit höherer Duktilität neigen dazu, sich zu verformen, bevor sie dauerhaft brechen oder beschädigt werden. Da dies der Fall ist, werden Sie feststellen, dass diese Materialien tendenziell eine höhere Schlagfestigkeit aufweisen. Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zum Thema Duktilität.

3. Kerben

Es ist wichtig, den Kerbspitzenradius und die Kerbtiefe richtig einzustellen, um eine genaue Messung der Schlagfestigkeit zu erhalten. Dies liegt daran, dass die Kerbe die Spannung lokalisiert und die Empfindlichkeit je nach verwendetem Material unterschiedlich sein kann.

4. Temperatur und Dehnungsrate

Eine niedrigere Temperatur beeinflusst, wie spröde ein Material ist und wie stark die Belastung während des Tests auftritt. Je kühler es wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Dehnungsrate des Materials abnimmt, was wichtig zu beachten ist.

5. Bruchmechanismus

Sie möchten verstehen, um welche Art von Bruch es sich handelt. Dies hängt von der Beschaffenheit und Struktur des Materials ab, das Sie testen. Es handelt sich entweder um einen duktilen oder spröden Bruch oder es handelt sich um Merkmale beider Arten. Es entstehen verschiedene Arten von Rissen, einschließlich Spaltung und Mikrohohlraumkoaleszenz. 

Was ist der Unterschied zwischen dem IZOD Impact Test und dem Charpy Impact Test?

Bei beiden Tests wird die gleiche Art von schwingendem Pendelgerät verwendet, der IZOD wird jedoch normalerweise für die Prüfung von Kunststoffen verwendet, während der Charpy für die Prüfung von Metallen beliebt ist. In der folgenden Tabelle haben wir einige weitere Unterschiede zwischen diesen Tests behandelt.

Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zum Charpy Impact Test.

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Kat de Naoum

Kat de Naoum ist eine Autorin, Autorin, Redakteurin und Content-Spezialistin aus Großbritannien mit mehr als 20 Jahren Erfahrung als Autorin. Kat hat Erfahrung als Autorin für verschiedene Fertigungs- und Technikunternehmen und liebt die Welt des Ingenieurwesens. Neben ihrer Tätigkeit als Schriftstellerin war Kat fast zehn Jahre lang als Rechtsanwaltsgehilfin tätig, davon sieben Jahre in der Schiffsfinanzierung. Sie hat für zahlreiche Publikationen geschrieben, sowohl in gedruckter Form als auch online. Kat hat einen BA in englischer Literatur und Philosophie sowie einen MA in kreativem Schreiben von der Kingston University.

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