IZOD衝撃試験の説明:定義、重要性、計算

Xometry で私たちと協力するエンジニアは、材料の特性を知るためにさまざまな衝撃試験を使用していますが、その 1 つが IZOD 衝撃試験です。材料がどのように反応するかを判断するにはさまざまな方法があります。 IZODの場合は振り子と万力が必要です。 

このテストとその重要な要素、および他の衝撃テスト (シャルピー衝撃テストなど) との比較について詳しく説明します。 

IZOD 衝撃テストとは何ですか?

IZOD テストは、材料の耐衝撃性、具体的には破損する前にどれだけの負荷に耐えられるかを判断する方法です。これは、ニーズに合った適切な材料を選択するのに役立ちます。ノッチ付き IZOD テストとも呼ばれるこのテストは、米国材料試験協会 (ASTM) と国際標準化機構 (IOS) によって標準化された方法として認められています。ただし、後者では、テストのために少し長くて幅の広い材料が必要です。

ほぼすべての材料のテストに使用できますが、最もよく利用されるのはプラスチックとポリマーです。試験を実施するには、切り込みを入れた長方形の材料サンプル、振り子衝撃試験ツール、万力など、いくつかの異なる消耗品とツールが必要です。以下は、Xometry チームが作成した、テストの仕組みを示す図です。

IZOD テストでは、衝撃に加えて、材料が吸収できるエネルギー量についても知ることができます。これらの材料が、人々が毎日使用する橋などの製品や構造物に加工される前に、これらすべてを知ることが不可欠です。 IZOD を使用してテストする場合、その方法は ASTM D256 であり、金属の場合は ASTM E23 です。

IZOD 衝撃テストの重要性は何ですか?

IZOD 衝撃テストは次の理由から重要です。

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エンジニアは候補材料の靭性を判断できるため、適切な材料、寸法、安全係数を使用して部品や構造を設計できる

エンジニアは、衝撃荷重を受けたときに材料がどのように機能するかを観察できるようになります。 

IZOD 衝撃試験が必要な理由

エンジニアは IZOD テストを使用して、衝撃時のエネルギーを吸収する材料の能力を特性評価します。このシンプルで迅速な試験を使用して、材料が延性から脆性への挙動に変化する温度 (延性から脆性への転移温度) を決定できます。一部の鋼は 0 °C 付近で延性から脆性への転移を経験しますが、これは船舶や橋梁など、安全性が重要な多くの用途の使用温度範囲内にあります。

IZOD 衝撃テストの結果はどのように計算されますか?

まず振り子ハンマーの高さを設定します。この高さでの振り子の位置エネルギーが記録されます。次に、振り子を落として試験片に衝突させます。第三に、試験片が破損したときの振り子の運動エネルギーが決定されます。エネルギー保存の法則は、破損時の運動エネルギーを決定するために使用されます。材料の衝撃強度は、破損時に試験片が吸収する運動エネルギーとみなされます。

IZOD 衝撃試験強度の単位は何ですか?

IZOD テストによって決定される衝撃強度の単位は、通常、J/m または ft-lb/in で表されます。これは、材料を一定量 (m、in) 変形させるのに必要な運動エネルギー、または仕事量 (J、ft-lb) として解釈できます。

IZOD 衝撃試験の例とは何ですか?

IZOD 衝撃試験はプラスチックによく使用され、シャルピー試験は金属によく使用されますが、どちらの方法もあらゆる材料に使用できます。たとえば、さまざまなプラスチック メーカーは、IZOD 衝撃試験を使用して、ポリオキシメチレン (POM、アセタール) の平均靭性を 90 J/m2、ナイロン 6,6 の平均靭性を 100 J/m2 と決定しました。

IZOD 衝撃試験にノッチ付き試験片を使用するのはなぜですか?

ノッチ付き試験片は、ノッチによりノッチの根元に応力集中が生じ、再現可能な位置で破壊が生じるため、IZOD 試験に使用されます。ノッチは応力を局所化することで亀裂の発生と伝播を促進し、塑性変形を最小限に抑えます。テスト用に選択した最初のハンマーの重量がサンプルを破壊しない場合は、サンプルが破壊されるまで、より重いハンマーが連続して使用されます。

IZOD 衝撃試験手順はどのように実行されますか?

IZOD テストは比較的簡単に実行できますが、特定の条件と測定が必要です。一般的な手順は次のとおりです。

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まず、ASTM または IOS が要求する寸法に切断し、45 度の V 字型の断面を切り取って試験片を準備します。振り子がこの真上に当たると材料が破壊されます。テスト マテリアルの長さの中点に頂点を配置する必要があります。

次に、振り子試験装置の振り子が揺れて接触する底部に試験材料を追加します。万力で固定します。

振り子のハンマーの高さを設定し (標準は 24 インチ)、この高さで振り子が持つ位置エネルギーに注目します。次に、振り子を放します。

最初のテストの後、材料が破壊されるまで振り子のハンマーの重量を増やすことができます。これにより、衝撃強度の値を計算できることになります。

低温で IZOD テストを行う必要がある場合は、テスト材料を平衡状態に達するまで冷凍庫に入れ、その後取り出してテストします。

衝撃値を取得するには、衝撃エネルギーを試験片の厚さで割ります。この数値の単位は J/m または ft-lb/in で、材料を変形させたり破壊したりするのに必要な運動エネルギーの量に変換されます。

IZOD 衝撃試験にはどのような機械が使用されますか?

IZOD衝撃試験には振り子試験機が使用されます。このタイプの機械は通常、さまざまな角度で固定できる振り子、振り子のロッドの端にあるハンマー、および装置の底部に試験片を配置できる固定具を備えています。通常、振り子の回転点にはスケールがあり、ユーザーが振り子を落とすさまざまな角度を指定できるようになります。    

IZOD 衝撃試験規格とは何ですか?

IZOD衝撃試験方法は、プラスチックについてはASTM D256、金属についてはASTM E23によって標準化されています。 IZOD 衝撃試験方法は、ISO (国際標準化機構) 180 によっても標準化されています。ASTM 規格と ISO 規格の主な違いは、試験片のサイズです。 ASTM 規格では、試験片の寸法が 2.5 インチ (長さ) x 0.5 インチ (幅) x 0.125 インチ (厚さ) で、ノッチの下の深さが 0.4 インチであることが要求されていますが、ISO 規格では、試験片の寸法が 3.15 インチ (長さ) x 0.39 インチ (幅) x 0.15 インチ (厚さ) で、ノッチの下の材料が 0.31 インチである必要があると規定されています。

IZOD の衝撃強度に影響を与える要因は何ですか?

材料から得られる衝撃強度の測定値に違いをもたらす詳細がいくつかあります。

1.降伏強さ

材料を熱処理して降伏強度を高めることもできますが、熱処理プロセスによって材料の延性が低下する可能性もあります。これにより、全体的な衝撃強度が低下する可能性があります。 詳細については、降伏強度に関する完全ガイドをご覧ください。

2.延性

延性が高い材料は、永久的に壊れたり損傷したりする前に変形する傾向があります。これが事実であるため、これらの材料は衝撃強度が高い傾向にあることがわかります。詳細については、延性に関する完全ガイドをご覧ください。

3.ノッチ

衝撃強度を正確に読み取るためには、ノッチ先端の半径とノッチの深さを正しく把握することが重要です。これは、ノッチによって応力が局所的に特定され、感度は使用している素材によって異なるためです。

4.温度とひずみ速度

温度が低いと、材料がどの程度脆くなり、試験中にどの程度のひずみが発生するかに影響します。温度が下がるほど、材料のひずみ速度が低下する可能性が高くなります。これは注意することが重要です。

5.破壊メカニズム

どのような種類の破壊が発生しているのかを理解する必要があります。これは、テストする材料の構成と構造に依存します。それは延性破壊または脆性破壊のいずれか、またはこれら両方のタイプの特徴を特徴とします。劈開や微小空洞の合体など、さまざまな種類の亀裂が生じます。 

IZOD 衝撃試験とシャルピー衝撃試験の違いは何ですか?

どちらの試験も同じタイプの振り子装置を使用しますが、IZOD は通常プラスチックの試験に使用され、シャルピーは金属の試験によく使用されます。これらのテスト間のその他の相違点については、以下の表で説明しています。

詳細については、シャルピー衝撃テストに関する完全なガイドをご覧ください。

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カット・デ・ナウム

Kat de Nagam は、英国出身のライター、著者、編集者、コンテンツ スペシャリストであり、20 年以上の執筆経験があります。 Kat はさまざまな製造組織や技術組織で執筆した経験があり、エンジニアリングの世界が大好きです。執筆活動の傍ら、キャットはほぼ 10 年間パラリーガルとして活動し、そのうち 7 年間は船舶金融業務に携わっていました。彼女は印刷物とオンラインの両方で多くの出版物に寄稿しています。キャットはキングストン大学で英文学と哲学の学士号を取得し、クリエイティブライティングの修士号を取得しています。

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