Le test d'impact IZOD expliqué :définition, signification et calcul

Les ingénieurs qui travaillent avec nous chez Xometry utilisent de nombreux tests d'impact différents pour connaître les caractéristiques d'un matériau, dont l'un est le test d'impact IZOD. Il existe différentes méthodes pour déterminer la réaction d'un matériau ; pour l'IZOD, vous aurez besoin d'un pendule et d'étaux. 

Voici plus d’informations sur ce test, ses facteurs importants et comment il se compare à d’autres tests d’impact (comme le test d’impact Charpy). 

Qu'est-ce qu'un test d'impact IZOD ?

Le test IZOD est un moyen de déterminer la résistance aux chocs d’un matériau, plus précisément la charge qu’il peut supporter avant de se briser. Cela vous aidera à choisir le matériau adapté à vos besoins. Également appelé test IZOD encoché, il a été accepté comme méthode standardisée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) et l'Organisation internationale de normalisation (IOS), bien que cette dernière nécessite un morceau de matériau légèrement plus long et plus large pour le test.

Vous pouvez l’utiliser pour tester presque tous les matériaux, mais il est le plus souvent utilisé pour les plastiques et les polymères. Vous avez besoin de quelques fournitures et outils différents pour effectuer le test, notamment un échantillon rectangulaire de votre matériau avec une encoche, un outil de test d'impact pendulaire et un étau. Vous trouverez ci-dessous un diagramme de l'équipe Xometry illustrant le fonctionnement du test.

Outre l’impact, le test IZOD donne également une idée de la quantité d’énergie que le matériau peut absorber. Il est impératif de connaître tout cela avant que ces matériaux ne soient ensuite transformés en produits ou en structures que les gens utilisent quotidiennement, comme des ponts. Lorsque vous utilisez l'IZOD pour tester, la méthode est ASTM D256 et pour les métaux, c'est la méthode ASTM E23.

Quelle est l'importance du test d'impact IZOD ?

Le test d'impact IZOD est important car il :

1. Permet aux ingénieurs de déterminer la résistance des matériaux candidats, ce qui permet de concevoir des pièces et des structures avec des matériaux, des dimensions et des facteurs de sécurité appropriés.
2. Permet aux ingénieurs d'observer le comportement des matériaux lorsqu'ils sont soumis à des charges d'impact. 

Pourquoi avons-nous besoin de tests d'impact IZOD ?

Les ingénieurs utilisent le test IZOD pour caractériser la capacité des matériaux à absorber l'énergie lors d'un impact. Ce test simple et rapide peut être utilisé pour déterminer la température à laquelle un matériau passe d'un comportement ductile à fragile (température de transition ductile à fragile). Certains aciers subissent une transition ductile-fragile autour de 0 °C, bien dans la plage de températures de service pour de nombreuses applications présentant des problèmes de sécurité critiques, comme les navires et les ponts.

Comment le résultat du test d'impact IZOD est-il calculé ?

Tout d'abord, la hauteur du marteau pendulaire est réglée. L'énergie potentielle du pendule à cette hauteur est enregistrée. Deuxièmement, le pendule tombe puis heurte l’éprouvette. Troisièmement, l’énergie cinétique du pendule est déterminée lorsque l’échantillon se brise. La loi de conservation de l'énergie est utilisée pour déterminer l'énergie cinétique à la rupture. La résistance aux chocs d'un matériau est considérée comme l'énergie cinétique absorbée par l'éprouvette à la rupture.

Quelles sont les unités de résistance au test d'impact IZOD ?

Les unités de résistance aux chocs déterminées par le test IZOD sont généralement exprimées en J/m ou ft-lb/in. Cela peut être interprété comme l'énergie cinétique, ou la quantité de travail, requise (J, ft-lb) pour déformer le matériau d'une certaine quantité (m, in).

Qu'est-ce qu'un exemple de test d'impact IZOD ?

L'essai d'impact IZOD est couramment utilisé pour les plastiques, tandis que l'essai Charpy est couramment utilisé pour les métaux. Toutefois, les deux méthodes peuvent être utilisées pour n'importe quel matériau. Par exemple, divers fabricants de plastiques ont déterminé la ténacité moyenne du polyoxyméthylène (POM, acétal) à 90 J/m2 et la ténacité moyenne du nylon 6,6 à 100 J/m2 en utilisant le test d'impact IZOD.

Pourquoi utilisons-nous un échantillon entaillé pour le test d'impact IZOD ?

Un échantillon entaillé est utilisé pour les tests IZOD car l'entaille produit une concentration de contraintes à la racine de l'entaille et force la fracture à se produire à un endroit reproductible. En localisant les contraintes, l'entaille favorise l'initiation et la propagation des fissures et minimise la déformation plastique. Si le premier poids de marteau sélectionné pour le test ne brise pas l'échantillon, des marteaux successivement plus lourds sont utilisés jusqu'à ce que l'échantillon se brise.

Comment la procédure de test d'impact IZOD est-elle effectuée ?

Le test IZOD est relativement simple à réaliser, mais il nécessite des conditions et des mesures spécifiques. Voici les étapes générales auxquelles vous pouvez vous attendre :

1. Tout d'abord, préparez l'éprouvette en la coupant aux dimensions requises par l'ASTM ou l'IOS et en entaillant une section en forme de V à 45 degrés. Le pendule frappera juste au-dessus pour briser le matériau. Vous souhaiterez avoir un sommet situé au milieu de la longueur du matériau de test.
2. Ensuite, ajoutez le matériau de test à l'appareil de test du pendule, en bas, là où le pendule oscillera et entrera en contact. Fixez-le avec l'étau.
3. Vous définirez la hauteur du marteau du pendule (la norme est de 24 pouces) et noterez l'énergie potentielle du pendule à cette hauteur. Ensuite, relâchez le pendule.
4. Après le premier test, vous pouvez augmenter le poids du marteau du pendule jusqu'à ce qu'il brise le matériau, ce qui signifierait alors que la valeur de résistance aux chocs peut être calculée.
5. Si vous devez effectuer un test IZOD à des températures froides, le matériau de test sera placé dans un congélateur jusqu'à ce qu'il atteigne l'équilibre, puis retiré et testé.
6. Pour obtenir la valeur d'impact, vous diviserez l'énergie d'impact par l'épaisseur de l'échantillon. Ce nombre aura une unité de J/m ou ft-lb/in, ce qui se traduit par la quantité d'énergie cinétique nécessaire pour déformer et casser le matériau.

Quelle machine est utilisée pour les tests d'impact IZOD ?

Une machine d’essai à pendule est utilisée pour les essais d’impact IZOD. Ce type de machine comporte généralement un pendule qui peut être fixé à différents angles, un marteau à l'extrémité de la tige du pendule et un dispositif dans lequel les éprouvettes peuvent être positionnées au bas de l'appareil. Il existe également généralement une échelle sur le point de rotation du pendule qui permet aux utilisateurs de spécifier différents angles à partir desquels laisser tomber le pendule.    

Qu'est-ce que la norme de test d'impact IZOD ?

La méthode d'essai d'impact IZOD est normalisée par ASTM D256 pour les plastiques et ASTM E23 pour les métaux. La méthode d'essai d'impact IZOD est également normalisée par l'ISO (Organisation internationale de normalisation) 180. La principale différence entre les normes ASTM et ISO réside dans la taille de l'éprouvette. La norme ASTM exige que l'éprouvette ait des dimensions de 2,5" (L) x 0,5" (L) x 0,125" (T) et que la profondeur sous l'encoche soit de 0,4", tandis que la norme ISO indique que l'éprouvette doit avoir des dimensions de 3,15" (L) x 0,39" (L) x 0,15" (T) et 0,31" de matériau sous l'encoche.

Quels sont les facteurs affectant la résistance aux chocs de l'IZOD ?

Quelques détails font la différence dans la valeur de résistance aux chocs que vous obtenez d'un matériau :

1. Limite d'élasticité

Bien qu'un matériau puisse être traité thermiquement pour avoir une limite d'élasticité plus élevée, les processus de traitement thermique peuvent également diminuer la ductilité du matériau. Cela peut conduire à une résistance globale aux chocs inférieure. Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur la limite d'élasticité.

2. Ductilité

Les matériaux ayant une ductilité plus élevée ont tendance à se déformer avant d’être définitivement cassés ou endommagés. Puisque c’est le cas, vous constaterez que ces matériaux ont tendance à avoir une résistance aux chocs plus élevée. Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur la ductilité.

3. Encoches

Il est important d’obtenir le rayon de pointe et la profondeur de l’entaille corrects afin d’obtenir une lecture précise de la résistance aux chocs. En effet, l'encoche localise la contrainte et la sensibilité varie en fonction du matériau que vous utilisez.

4. Température et taux de déformation

Une température plus basse influencera la fragilité d'un matériau et l'ampleur des contraintes produites pendant le test. Plus il fait froid, plus la vitesse de déformation du matériau risque de diminuer, ce dont il est important d'être conscient.

5. Mécanisme de fracture

Vous voudrez comprendre quel type de fracture est en jeu, ce qui dépendra de la composition et de la structure du matériau que vous testez. Il s’agira soit d’une rupture ductile ou fragile, soit de caractéristiques de ces deux types. Différents types de fissures en résulteront, notamment un clivage et une coalescence de microvides. 

Quelle est la différence entre l'essai d'impact IZOD et l'essai d'impact Charpy ?

Les deux tests utilisent le même type de dispositif à pendule oscillant, mais l'IZOD est normalement utilisé pour tester les plastiques, tandis que le Charpy est populaire pour tester les métaux. Nous avons couvert quelques autres différences entre ces tests dans le tableau ci-dessous.

Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur le test d'impact Charpy.

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Kat de Naoum

Kat de Naoum est une écrivaine, auteure, éditrice et spécialiste du contenu britannique avec plus de 20 ans d'expérience en écriture. Kat a de l'expérience en matière d'écriture pour diverses organisations manufacturières et techniques et aime le monde de l'ingénierie. Parallèlement à l'écriture, Kat a travaillé comme parajuriste pendant près de 10 ans, dont sept dans le domaine du financement maritime. Elle a écrit pour de nombreuses publications, tant imprimées qu'en ligne. Kat est titulaire d'un baccalauréat en littérature anglaise et en philosophie, ainsi que d'une maîtrise en écriture créative de l'Université de Kingston.

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