IZOD冲击测试全解析：定义、意义与计算方法

Xometry合作工程师使用多种冲击测试了解材料特性，IZOD冲击测试便是其中之一。确定材料响应反应有多种方法；IZOD测试需要摆锤和虎钳。以下详述该测试、重要因素及与其他冲击测试（如夏比冲击测试）的对比。

什么是IZOD冲击测试？

IZOD测试是确定材料冲击阻力的方法，具体指材料断裂前能承受多少载荷。帮助您选择适合需求的材料。也称缺口IZOD测试，被美国材料与试验协会（ASTM）和国际标准化组织（ISO）接受为标准化方法——后者要求测试件稍长且稍宽。几乎可测试任何材料，但最常用于塑料和聚合物。测试需几样工具：带缺口的矩形材料样品、摆锤冲击测试工具、虎钳。下图为Xometry团队绘制的测试原理图。除冲击外，IZOD测试还提供材料吸收能量概念。在材料制成人们日常使用的产品或结构（如桥梁）前，这些都至关重要。IZOD测试方法：塑料用ASTM D256，金属用ASTM E23。

IZOD冲击测试的重要性

IZOD冲击测试重要因为它：

1. 允许工程师确定候选材料韧性，从而用适当材料、尺寸、安全系数设计零件和结构。
2. 使工程师能观察材料在冲击载荷下的表现。

为什么需要IZOD冲击测试？

工程师用IZOD测试表征材料冲击时吸收能量能力。这个简单快速测试可确定材料从延性向脆性行为转变的温度（延脆转变温度）。某些钢在0℃左右发生延脆转变，远在许多关键安全应用（如船舶、桥梁）服务温度范围内。

IZOD冲击测试结果如何计算？

首先设定摆锤高度，记录该高度摆锤势能。其次释放摆锤撞击试样。第三确定试样断裂时摆锤动能。用能量守恒定律确定断裂时动能。材料冲击强度视为试样断裂时吸收的动能。

IZOD冲击测试强度单位是什么？

IZOD测试确定的冲击强度单位通常表为J/m或ft-lb/in。可解释为使材料变形一定量（m, in）所需动能或功（J, ft-lb）。

IZOD冲击测试实例

IZOD冲击测试常用于塑料，夏比测试常用于金属，但两法均可测任何材料。例如，多家塑料制造商用IZOD测定聚甲醛（POM, 乙缩醛）平均韧性90 J/m²，尼龙6,6平均韧性100 J/m²。

为什么IZOD冲击测试使用缺口试样？

IZOD测试用缺口试样因缺口在缺口根部产生应力集中，迫使断裂发生在可重复位置。通过局部化应力，缺口促进裂纹萌生扩展并最小化塑性变形。若首选锤重不破坏样品，依次用更重锤直至破坏。

IZOD冲击测试程序如何执行？

IZOD测试相对简单但需特定条件和测量。一般步骤：

1. 准备试样，按ASTM或ISO要求切割尺寸，切45度V形缺口。摆锤将击中此处上方破坏材料。顶点需位于试材长度中点。
2. 将试材装入摆锤测试装置底部摆锤摆动接触处，用虎钳固定。
3. 设定摆锤锤高度（标准24英寸），记录该高度摆锤势能。释放摆锤。
4. 首次测试后可增加摆锤锤重直至破坏材料，此时可计算冲击强度值。
5. 若需低温IZOD测试，试材置入冰箱至平衡温度再取出测试。
6. 得冲击值：冲击能量除试样厚度。单位J/m或ft-lb/in，即使材料变形断裂所需动能量。

IZOD冲击测试用什么机器？

摆锤测试机用于IZOD冲击测试。此类机器通常有可固定不同角度的摆锤、摆杆末端锤头、底部可定位试样的夹具。旋转点通常有刻度允许用户指定不同落锤角度。

IZOD冲击测试标准是什么？

IZOD冲击测试法由ASTM D256（塑料）和ASTM E23（金属）标准化。也由ISO 180标准化。ASTM和ISO标准主要差异在试样尺寸。ASTM要求试样尺寸2.5"（L）×0.5"（W）×0.125"（T），缺口下深度0.4"。ISO要求3.15"（L）×0.39"（W）×0.15"（T），缺口下0.31"材料。

影响IZOD冲击强度的因素

几个细节会影响材料冲击强度读数：

1. 屈服强度

材料虽可热处理获高屈服强度，但热处理也可能降低延性，导致整体冲击强度下降。了解更多请参阅屈服强度完整指南。

2. 延性

高延性材料倾向永久断裂损坏前先变形。故这些材料冲击强度倾向较高。了解更多请参阅延性完整指南。

3. 缺口

缺口尖端半径和深度须准确以获准确冲击强度读数。因缺口局部化应力，灵敏度随材料而异。

4. 温度和应变率

低温影响材料脆性程度和测试中应变量。温度越低，材料应变率越可能下降，需注意。

5. 断裂机制

需理解何种断裂在起作用，取决于测试材料构成结构。或为延性或脆性断裂，或兼具两者特征。产生不同裂纹类型，含解理和微孔聚合。了解更多请参阅夏比冲击测试完整指南。

IZOD冲击测试与夏比冲击测试的区别？

两测试用同类摆锤装置，但IZOD常测塑料，夏比常测金属。下表列出其他差异。

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