降伏。引張強さ。伸び。靭性。技術者の言葉。
技術者のための材料特性の用語集です。降伏強さ、引張強さ、伸び、靭性、疲労、弾性率。設計計算のための標準的な定義をまとめました。
材料特性の用語集
降伏点で永久変形が始まり、引張強さで部品は割れます。設計は通常、安全率1.5〜3を見て降伏点で行います。脆い材料はそのまま引張強さで破断します。
基本方針。
永久変形の始まり
永久変形が始まる応力です。たいていの用途ではこれが設計上の限界になります。
最大応力
破断に至る前の最大応力で、常に降伏点より高い。脆い材料はまさにその点で割れます。
破断までの伸び(%)
延性の尺度です。鋼は20〜30%、アルミは8〜15%、脆い材料は5%未満。
剛性
応力とひずみの比です。鋼は200 GPa、アルミは69、樹脂は1〜4。
横方向の縮み
横ひずみと縦ひずみの比です。多くの金属で0.3、ゴムでは0.5近く。
繰り返し荷重
これを下回れば何回繰り返しても壊れない応力です。鋼では引張強さのおよそ50%、アルミには真の限度がありません。
靭性
衝撃破壊で吸収されるエネルギーです。衝撃下での延性を示します。
表面の変形に対する抵抗
押し込みへの抵抗です。強度とはおおまかに相関します。
1 ℃あたりの寸法変化
鋼12、アルミ23、樹脂80〜200 µm/m·℃。
よくあるご質問
降伏点で永久変形が始まり、引張強さで部品は割れます。設計は通常、安全率1.5〜3を見て降伏点で行います。脆い材料はそのまま引張強さで破断します。
静的な降伏点より低い応力でも、繰り返し荷重を受ければ材料は壊れます。エンジン、ばね、軸受のように回数を重ねる部品では致命的です。
弾性率は剛性、つまり荷重あたりのたわみです。強度は壊れる点。弾性率の高い材料はほとんどたわまず、強度の高い材料は大きな荷重まで壊れません。
かみ合う部品の膨張率が違えば熱応力が生じ、寸法は温度とともに動きます。精密機器や光学では致命的です。
圧子を面に押し込み、その抵抗を測ります。ロックウェル、ブリネル、ビッカース、ショアなど尺度は複数あり、それぞれ守備範囲が違います。
靭性とは破断までに要するエネルギー、つまり応力ひずみ曲線の下の面積です。高い強度と高い延性がそろえば靭性は高く、脆い材料では低くなります。
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