パーツをより簡単に、より早くカスタマイズ

剛性の弾性率と呼ばれることもあるせん断弾性率は、せん断力にさらされたときに材料がどれほど硬くなるかを測定する基本的な材料特性です。日常的には、ある部分が別の部分に平行にスライドすると、変化を形作る物質がどれほど耐性があるかを説明します。この記事では、せん断弾性率、それがどのように計算されているか、それが他の弾性係数とどのように比較されるかを、それを明確にするための実際のエンジニアリングの例を説明します。 せん断弾性率とは何ですか？ 図では、ブロックは下部に固定され、力Fは上面に平行に適用されます。この力は水平変位Δxを引き起こし、ブロックは斜めの形状に変形します。傾斜角θは、形状がどれだけ歪んでいるかを記述するせん断ひずみ（γ）を表します。 せん断応力（τ）は、力が作用する表面積Aで分割された適用力です。 τ= f / a せん断ひずみ（γ）は、ブロックの高さに対する水平変位の比率です。 γ=Δx / L（小角の場合、ラジアンのθ≈γ） μまたはSで示されることもあるせん断弾性率（g）は、このタイプの歪みに対する材料の耐性がどれほど耐性であるかを測定します。せん断ストレスとせん断ひずみの比として定義されます。 g =τ /γ=（f / a） /（Δx / l）=（f・l） /（a・Δx） SIシステムでは、せん断弾性率の単位はPascal（PA）であり、1平方メートルあたり1つのニュートン（n/m²）に等しい。 Pascalは非常に小さなユニットであるため、固体材料のせん断弾性率は通常非常に大きいです。このため、エンジニアと科学者は通常、Gigapascals（GPA）でGを発現します。ここで、1 GPA = 10〜Paです。 せん断弾性率 以下の表は、一般的な材料の典型的なせん断弾性率を示しています。 材料せん断弾性率（GPA）アルミニウム26–27真鍮35–41炭素鋼79–82銅44–48鉛5–6ステンレス鋼74–79錫〜18チタン（純粋）41–45コンクリート8–12ガラス（ソーダ - ライム）26–30ウッド（ダグラスファー）0.6–1.2ナイロン（未熟練）0.7–1.1ポリカーボネート0.8–0.9ポリエチレン0.1–0.3ゴム0.0003–0.001ダイヤモンド480–520 これらの数字は、剛性がどれだけ異なる材料が異なるかを示しています。金属は、数十のギガパスカルにせん断弾性率を持っている傾向があります。セラミックとガラスは同様の範囲にありますが、コンクリートはやや低いです。プラスチックには通常、約1 GPA以下があります。さらに柔らかいのはゴムとエラストマーであり、せん断弾性率はメガパスカルの範囲にのみです。最上部では、ダイヤモンドは何百人ものギガパスカルに到達し、最も硬い既知の材料の1つです。 高せん断弾性率を持つ材料は、変形またはねじれを強く抵抗します。これが、橋、建物、航空機のフレームなどの構造に鋼とチタンの合金が不可欠である理由です。それらの剛性は、梁とファスナーが重い負荷の下で曲げたりせん断したりしないようにします。ガラスとセラミックは、脆弱ですが、比較的高い弾性率を持っていることからも恩恵を受けます。レンズや半導体ウェーハなどのアプリケーションで正確な形状を維持するのに役立ちます。非常に高いせん断弾性率を持つダイヤモンドは、大きな力の下でもほとんど弾性ひずみを受けません。これが、ダイヤモンド切削工具が鋭いままである理由です。 一方、柔軟性が利点である場合、低せん断弾性率を持つ材料が選択されます。ゴムやその他のエラストマーは、振動ダンパー、アザラシ、および地震ベースのアイソレーターに使用されます。これにより、柔らかさが簡単にせん断し、エネルギーを吸収できるためです。ポリエチレンやナイロンなどのポリマーは、柔軟性と強度のバランスをとっています。そのため、軽量構造と衝撃耐性部品で広く使用されています。木材のような天然素材でさえ、強い方向性の違いを示しています。穀物全体で、そのせん断弾性率はそれに沿ってはるかに低く、ビルダーはせん断力の下での分割を避けるためにこれを説明する必要があります。 せん断弾性量計算 さまざまな試験方法を使用してせん断弾性gを決定することができ、選択は材料と静的値または動的値が必要かどうかに依存します。金属およびその他の等方性固体の場合、一般的なアプローチは、ロッドまたは薄壁のチューブでの静的ねじれテストです。ねじれの角度と適用トルクの勾配により、Gが与えられます。ASTME143は、構造材料の室温手順を指定します。 動的測定のために、ねじれ振り子を使用できます。標本質量システムの振動期間を測定し、（複雑な）せん断弾性率に関連付けます。 ASTM D2236は、プラスチックのこのアプローチを説明するレガシー基準です。 繊維強化複合材料の場合、ASTM D5379（IOSIPESCU）やASTM D7078（V-Notched Rail Shear）などのVノッチングメソッドで面内せん断弾性率が得られます。 ASTM D4255（レールせん断）は、ポリマーマトリックス複合材料にも広く使用されています。 ASTM A938は、ねじれ性能（延性など）を評価することを目的とした金属ワイヤのねじれテストであることに注意してください。 Gを決定するための標準的な方法ではありません。 Gが直接測定されず、他のデータから計算される場合があります。等方性材料の場合ヤングモジュラスeポアソンの比率ν、 g = e […]

エンジニアが「ストレス」について話すとき、それらは試験不安や仕事の圧力とは非常に異なるものを意味します。ここで、ストレスは材料内の単位面積あたりの内部力です。輪ゴムを伸ばすか、綱引きでロープを引っ張ると、緊張したストレスが動作しているのが見られます。 この記事では、引張応力が何であるか、圧縮応力や引張強度、重要な式、およびChiggoがこれらの考慮事項を現実世界の製造にどのように考慮するかとはどのように異なるかを説明します。 引張応力とは何ですか？ 引張応力は、材料がそれを引き離そうとするときにどのように反応するかを説明します。それにより、材料が印加された荷重の軸に沿って伸びます。正式には、適用された力fを断面領域で割ったものとして定義され、その力に垂直です。 引張応力と圧縮応力 引張応力は、圧縮応力の反対です。力は、力がオブジェクトを伸ばすか延長するように作用するときに発生しますが、力はそれを絞ったり短くしたりするときに圧縮されます。固体の金属バーを想像してください：両端を引っ張ると、緊張したストレスが発生し、わずかに伸びます。まるでその長さに沿って押しつぶすようにするかのように、両端を押して、バーは圧縮されたストレス、短縮、または膨らみを経験します。 これらのストレスは、構造のさまざまな部分で同時に発生する可能性があります。たとえば、人や機械がコンクリートの床スラブを横切って移動すると、スラブの上面が圧縮に押し込まれ、底面が張力が伸びます。底部の引張応力が高すぎると、亀裂が現れる可能性があります。そのため、エンジニアは緊張に抵抗するために鉄の補強材を置きます。 引張応力と引張強度 引張応力材料は、単位面積あたりの力として表される特定の瞬間に経験されている荷重です。適用された力に応じて上昇し、落ちます。抗張力対照的に、固定された材料特性です。これは、材料が降伏または破損する前に処理できる最大引張応力です。 実際には、エンジニアは2つを常に比較しています。部分の実際の引張応力が引張強度を下回っている場合、部品はわずかに伸びますが、そのままのままです。ストレスが強度を超えると、障害が発生します。そのため、設計には常に安全マージンが含まれており、実世界のストレスが選択された材料の既知の強度をはるかに下回っていることを保証します。 引張応力式 引張応力は、材料が伸びるときに内部力を測定します。単純な式で計算されます。 σ= f / a どこ： σ=引張応力（Pascals、MPA、またはPSI） f =適用力（ニュートンまたはポンド） a =横断面積（mm²またはin²） この方程式は、引っ張り力がどれほど集中しているかを教えてくれます。より高い負荷またはより小さな断面積は、より高い応力を生成します。たとえば、薄いワイヤに吊り下げられた同じ重量は、厚いケーブルよりもはるかに多くのストレスを生成します。これが、エンジニアがケーブル、ロッド、または梁のサイズをサイズして、使用されている材料の安全な制限をはるかに下回るストレスを維持する理由です。 しかし、この式はストレスの数値を与えてくれますが、材料自体がどのように反応するかは明らかにしません。突然スナップしたり、永久に曲げたり、元の形状に戻ったりしますか？それに答えるために、エンジニアはストレスとひずみ曲線に依存しています。 ストレス - ひずみ曲線を理解する 応力 - ひずみ曲線を作成するために、テスト標本（多くの場合、ドッグボーン型）を引張試験機に配置します。マシンは各端をつかみ、徐々にそれらを引き離し、サンプルが壊れるまで伸びます。このプロセス中、適用された応力と結果のひずみ（元の長さに対する長さの変化）の両方が連続的​​に測定されます。 結果は、X軸にひずみとY軸にストレスをかけてプロットされます。この曲線では、いくつかの重要なポイントを特定できます。 弾性領域 最初は、ストレスとひずみは比例します。これは、Hookeの法則が適用される弾性領域（σ=e≤ε）です。この線形セクションの勾配はです弾性率（ヤングモジュラス）、剛性の尺度。この領域では、荷重が削除されると、材料は元の形状に戻ります。 降伏点 負荷が増加すると、曲線は直線から出発します。これは、弾性挙動が終了し、プラスチック（永久）変形が始まる降伏点です。この点を超えて、荷重が削除されていても、材料は元の形状を完全に回復することはありません。 究極の引張強度（UTS） 曲線はプラスチック領域に上方に続き、ピークに達します。この最高点は、究極の引張強度（UTS）です。これは、ネッキング（局所的な薄化）が始まる前に材料が耐えることができる最大応力を表します。 破壊点 UTSの後、曲線は標本の首が下に傾斜し、それほど多くの負荷を運ぶことができなくなります。最終的に、材料は破壊点で壊れます。延性材料の場合、骨折のストレスは通常、ネッキングのためにUTよりも低くなります。脆性材料の場合、骨折は弾性限界近くで突然発生する可能性があり、プラスチックの変形はほとんどまたはまったくありません。 引張応力の実際のアプリケーション 材料が引っ張られたり、ハングしたり、伸びたりする状況では、引張応力が負荷を安全に運ぶことができるか、失敗するかを決定します。いくつかの重要なアプリケーションと例を次に示します。 橋と建設 ゴールデンゲートブリッジのようなサスペンションブリッジを考えてください。塔の間に覆われた巨大なスチールケーブルは、一定の引張応力下にあり、道路と車両の重量を支えています。エンジニアは、これらのケーブルの高張力強度鋼を選択して、重い荷重に加えて風や地震などの余分な力を失敗させることなく処理できます。また、現代の建設は緊張を巧みに利用しています。たとえば、プリストレスのあるコンクリートでは、鋼腱が埋め込まれて伸びているため、ビームが荷重を安全に処理できるようにします。 ケーブル、ロープ、チェーン 多くの日常のシステムは、引張ストレスに直接依存しています。たとえば、エレベーターを取り上げます。そのスチールケーブルは一定の張力であり、車の重量だけでなく、加速または停止するときに余分な力を運びます。クレーンは同じ原則に基づいて動作し、高張力ケーブルを使用して重い荷重を安全に持ち上げて移動させます。ギターのような単純なものでさえ、引張ストレスが機能しています。チューニングペグをよりタイトにするほど、ひもの張力が大きくなります。 機械とボルト 機械工学では、引張応力も同様に重要です。飛行機または車のエンジンのボルトとネジは、わずかに伸びています。結果として生じる引張応力は、部品を保持するクランプ力を作成します。ボルトが過度にストレスをしている場合（締めたときにトルクが大きすぎる、または使用中の過剰な負荷）、それは降伏して失敗する可能性があり、潜在的にマシンがバラバラになります。そのため、ボルトは収量と引張強度を示すグレードによって評価され、重要なボルトが指定された緊張に引き締まる理由です。 引張ストレスをチグゴの製造サービスに統合します 引張ストレスの理論を知ることは1つのことですが、実際の負荷の下で実行される部品の設計も別です。チグゴでは、そのギャップを埋めます。 私たちのチームは、CNCの機械加工、射出成形、シートメタル、3D印刷であなたをサポートし、すべての段階に強度の考慮事項が統合されています。プロトタイプを開発するか、生産に合わせてスケーリングするかにかかわらず、適切な素材とプロセスを選択して、パフォーマンスの要件を満たし、費用のかかる障害を回避します。 材料の選択 障害に対する最初の保護手段は、適切な材料を選択することです。 Chiggoでは、リストされているすべての合金とポリマーには、サプライヤーデータに裏打ちされた引張と降伏強度などの検証済みの機械的特性があり、必要に応じて認定をテストします。 これは、エンジニアがコストや終了だけでなく、負荷の下で実証済みの強度でオプションを比較できることを意味します。たとえば、アルミニウム6061-T6と7075-T6を決定する場合、特にブラケット、ハウジング、またはその他の荷重含有コンポーネントの場合、引張強度は重要なフィルターになります。 CNC加工 […]

金属スプーンについて考えてください。ハンドルを軽く押すと、少し曲がりますが、手放すとすぐに戻ってきます。ただし、より強く押すと、スプーンが永続的な曲がり角になります。その時点で、あなたはスプーンの降伏強度を通り過ぎました。この記事では、降伏強度の意味、引張強度や弾性限界などの関連するアイデアとどのように比較されるか、そしてそれが現実の世界で重要な理由を探ります。また、降伏強度と一般的な材料の典型的な値に影響を与える要因についても見ていきます。 降伏強度とは 降伏強度は、材料が永続的に変形し始める応力レベルです。簡単に言えば、それは素材が跳ね返り（弾性挙動）を止め、完全に逆転しない方法で曲げまたは伸びを開始するポイントです。降伏強度の下で、力を除去すると、材料は元の形状に戻ります（その長さに戻るスプリングのように）。降伏強度を超えて、材料は永遠に変化します。 これをよりよく理解するために、ストレスと緊張という2つの重要な用語を分解しましょう。ストレスは、断面領域で割った材料、または単に材料内の力の強度に加えられる力です。あなたはそれを圧力と考えることができますが、ストレスは外部のプッシュではなく内部反応を説明します。ひずみとは、長さの変化を元の長さで割ったように計算される材料の変化の形状です。ひずみに対するストレスをプロットすると、aが取得されますストレス - ひずみ曲線これは、負荷が増加するにつれて材料がどのように動作するかを示しています。 ストレス - ひずみ曲線の初期の部分では、材料は弾力的に振る舞います。ストレスとひずみは比例し（フックの法則の下で直線）、荷重が除去されると材料は元の形状に戻ります。この領域の終わりは弾性限界です。降伏強度は、この移行を弾性の挙動からプラスチックの挙動に示し、可逆的な変形と不可逆的な変形の境界を定義します。 軟鋼のような多くの延性金属の場合、この移行は鋭いものではなく徐々にです。降伏強度を一貫して定義するために、エンジニアはしばしば0.2％のオフセット方法を使用します。それらは、曲線の弾性部分に平行なラインを描画しますが、0.2％のひずみによってシフトします。この線と交差する点は、曲線と交差する点が降伏強度としてとられます。これは、明確な降伏点が存在しない場合でも、降伏強度を測定するための実用的で標準化された方法を提供します。 降伏強度と引張強度 定義したように、降伏強度は、材料が永続的に変形し始めるストレスです。しばしば究極の引張強度（UTS）と呼ばれる引張強度は、材料が壊れる前に耐えることができる最大応力です。その点に達すると、材料は追加の負荷を運ぶことができなくなり、すぐに骨折が続きます。 どちらも材料がストレスにどのように反応するかを説明しますが、それらは異なる限界を表しています。降伏強度は永久変形の開始を示しますが、引張強度は限界点を示します。たとえば、スチールロッドを引っ張ると、最初に伸長します。降伏強度を通り過ぎると、永続的な伸びが必要です。張力強度に達するまで続けてください。そうすれば、ロッドは最終的にスナップします。 実用的な設計では、エンジニアは、コンポーネントが持続的な損傷をせずに機能的なままでなければならないため、降伏強度に重点を置いています。引張強度は依然として重要ですが、通常、使用中には決して発生しない故障条件を示します。 引張強度に加えて、降伏強度は、しばしば他の2つの概念と混同されます。 弾性制限：弾性制限は、荷重が除去されると、元の形状に完全に戻っている間に材料が取ることができる最大応力です。この制限以下では、すべての変形は弾力性があり、可逆的です。多くの場合、弾性限界は降伏強度に非常に近いため、2つは同じように扱われます。弾性制限は正確な物理的境界を示しますが、降伏強度は一貫して測定して安全な設計に使用できる標準化されたエンジニアリング値を提供します。 比例制限：この用語は、応力 - 伸縮曲線の線形部分に由来します。比例制限は、フックの法則に従って、ストレスと緊張が直接的な割合で増加するポイントです。通常、弾性制限と降伏強度の両方の前に発生します。この点を超えて、曲線は曲がり始めます。関係はもはや完全に線形ではありませんが、材料はまだ弾力性があります。 降伏強度に影響を与える要因 降伏強度は固定されたままではありません。いくつかの材料と環境要因に応じて変化する可能性があります。ここに最も一般的なものがあります： 材料組成（合金要素） 金属の構成は、その降伏強度に大きな影響を与えます。金属では、合金要素を追加すると、それらを強くすることができます。たとえば、炭素、マンガン、クロムなどの元素が添加されると、鋼は強度を獲得しますが、炭素が多い場合も脆弱になります。アルミニウム合金は、銅、マグネシウム、亜鉛などの元素から強度を得ます。これらの追加により、金属内に脱臼の動きをブロックする小さな障害物（プラスチック変形の原子レベルのキャリア）が生じ、降伏強度が高まります。簡単に言えば、金属の「レシピ」により、曲がりが難しくなり、簡単になります。そのため、ソーダ缶のアルミニウムは柔らかく柔軟であり、航空機の翼のアルミニウムは他の金属と混合しているため、降伏強度がはるかに高くなっています。 粒サイズ（微細構造） 一般に、穀物が小さいことはより高い強度を意味し、ホールとペッチの関係によって記述されている傾向です。その理由は、穀物の境界が転位運動の障壁として機能するため、より細かい粒子はより多くの障害物を生み出し、金属をより強くすることです。冶金学者は、制御された固化または熱機械処理を通じて穀物のサイズを改良します。たとえば、多くの高強度の鋼と超合金は非常に細かい穀物で設計されており、非常に大きな穀物を持つ金属がより簡単に収量する傾向があります。 熱処理 金属の加熱と冷却の方法は、その構造を変えることができ、したがってその降伏強度を変えることができます。アニーリング（遅い加熱と冷却）金属を柔らかくし、降伏強度を低下させ、内部応力を緩和することにより延性を引き出します。消光（水または油の急速な冷却）は、構造を硬くてストレスのある状態にロックし、降伏強度を大幅に増加させますが、金属を脆くします。バランスを回復するために、クエンチングの後に続くことがよくあります気性、タフネスを改善する中程度の再加熱ステップ。 適切な熱処理を選択することにより、メーカーはアプリケーションに応じて金属をより硬く、または柔らかくすることができます。たとえば、スプリングスチールは高降伏強度を達成するために処理されるため、変形せずに曲げることができますが、スチールワイヤーは最初にアニールされ、簡単な形をしてから後で強化します。 製造プロセス（コールドワーク） 材料が機械的にどのように処理されるかは、降伏強度を変えることもできます。コールドワーク（コールドローリングやコールドドローイングなど、室温で金属を変形させる）は、作業硬化と呼ばれるメカニズムを介して降伏強度を高めます。金属を卑劣に変形させると、その結晶構造に転位と絡み合いを導入します。これが、コールドロールスチールが通常、ホットロールされた（作業中ではない）状態で同じスチールよりも高い降伏強度を持っている理由です。 温度と環境 経験則として、ほとんどの金属は高温で降伏強度を失います。熱は金属を柔らかくするので、力を少なくして変形させることができます。非常に低い温度では、一部の材料はより脆くなります。粗末に変形する能力は減少するため、降伏応力は技術的な意味で増加する可能性がありますが、収量よりも骨折する可能性が高くなります。 腐食や放射線などの環境要因も材料を分解する可能性があります。腐食はピットを作成したり、断面積を減らしたりし、収量する前に構造が処理できる荷重を効果的に削減します。たとえば、錆びた鋼鉄の梁は、腐食されていない荷物よりも低い負荷の下で生成される可能性があります。これは、その有効厚さが減少し、錆からマイクロクラックがストレスを集中させる可能性があるためです。 異なる材料の降伏強度 ストレス - ひずみ曲線は、異なる材料が荷重にどのように反応するかを比較する簡単な方法を提供します。上の図では、4つの典型的な動作を見ることができます。応力が増加するにつれてそれぞれが異なって反応し、その降伏強度はそれらの違いを反映します。 脆性材料：ガラスやセラミックなどの脆性材料は、塑性変形がほとんどありません。彼らは突然骨折するまでほぼ直線に従います。彼らの降伏強度は、彼らが実際に「収量」していないからです。 強いが延性材料ではない：高強度鋼などの一部の材料は、高いストレスに耐えることができますが、延性が限られていることを示します。彼らは高降伏強度を持っています。つまり、永続的な変形によく抵抗しますが、壊れる前にあまり伸びません。 延性材料：軟鋼やアルミニウム合金などの金属は延性があります。それらは特定の応力レベルで屈し、その後、壊れる前に著しい塑性変形を受けます。彼らの降伏強度は、究極の引張強度よりも低く、エンジニアに設計するための安全な「バッファーゾーン」を提供します。 プラスチック材料（ソフトポリマー）：ソフトプラスチックとポリマーの降伏強度は比較的低いです。それらは小さなストレスの下で簡単に変形し、明確な降伏点を示さない場合があります。代わりに、それらは骨折への鋭い移行を示すことなく着実に伸びています。 これらの一般的な行動は、実際の降伏強度値を見るとより明確になります。以下の表には、一般的なエンジニアリング材料と比較のための典型的な降伏強度が示されています。 材料降伏強度（MPA）鋼鉄〜448ステンレス鋼〜520銅〜70真鍮〜200+アルミニウム合金〜414鋳鉄〜130典型的な降伏強度値 現実世界で降伏強度が重要な理由 降伏強度は、荷重の下に形状を保持するために材料が必要なときはいつでも重要です。ここにそれが重要な役割を果たすいくつかの領域があります： 建設とインフラストラクチャ 建物や橋では、高降伏強度のために鋼鉄の梁やその他の金属部品が選択されているため、車両、風、さらには地震からの重い荷物を曲げたり、垂れ下げたりすることなく運ぶことができます。通常の使用中にビームが生成された場合、構造の安全性は危険にさらされます。そのため、エンジニアは常にストレスを降伏点をはるかに下回るマージンで設計します。 自動車の安全 現代の車は、衝突中に制御された方法で生成するように設計されたクランプルゾーンを使用します。衝撃力がフロントパネルまたはリアパネルの降伏強度を超えると、これらの領域は、完全な力を乗客に渡すのではなく、永久変形を通してエネルギーをしゃがみ、吸収します。同時に、キャビンは、居住者を保護したままにして、降伏に抵抗する高強度の材料で補強されます。 航空宇宙と輸送 航空機の着陸装置は、永久に曲がることなくタッチダウンの衝撃に耐える必要があります。胴体と翼は、材料が十分な降伏強度を欠いている場合に損傷を引き起こす繰り返しの加圧サイクルと空力的な力に直面します。強度と低重量のバランスをとるために、エンジニアはしばしばアルミニウムやチタンなどの高度な合金に目を向けます。同じ原則は、レールや船体の列車に適用されます。船体は、激しい使用の下で硬直し、永続的な曲がり角やへこみに抵抗する必要があります。 毎日の製品 レンチやドライバーなどの高品質のツールは、高利回りの強さの鋼で作られているため、通常の使用で曲がらないようにしますが、ストレスが降伏強度を超えると、より安価なツールはしばしば恒久的な曲がりを伸ばします。同じアイデアがシンプルなコートハンガーで見ることができます。軽い荷重が戻ってきますが、重い荷物や鋭い曲がりは降伏点を超えて押し進め、形状の永続的な変化を残します。降伏強度は、自転車フレームのような大きなアイテムの設計も導きます。これは、ライダーの重量を運ぶ必要があり、形を屈することなくバンプを吸収する必要があります。 Chiggoを使用して作業します 正確な降伏強度値を日常的なアプリケーションに要求する軽量航空宇宙コンポーネントを設計する場合でも、Chiggoはそれを実現するための専門知識と製造機能を提供します。私たちのチームはAdvancedを組み合わせていますCNC加工、3Dプリント、および深い材料の知識を備えた射出成形を使用して、あなたの部品が意図したとおりに正確に機能することを保証します。今すぐCADファイルをアップロードして、すぐに見積もりを取得してください！

ポリアミドは、アミド結合を含むすべてのポリマーの一般的な用語です。ナイロンはもともと、産業用および消費者用途向けに開発された合成ポリアミドPA6およびPA66のデュポンの商標でした。ナイロンはポリアミドのサブセットですが、2つの用語は完全に交換可能ではありません。この記事では、ポリアミドとナイロンの関係を調査し、それらの重要な特性とパフォーマンスの詳細な比較を提供します。 ポリアミドとは何ですか？ ポリアミド（PA）は、繰り返し単位がアミド（-CO-NH-）結合によってリンクされている高分子量ポリマーのクラスです。ポリアミドは自然または合成のいずれかです。天然のポリアミドには、羊毛、絹、コラーゲン、ケラチンが含まれます。合成ポリアミドは、3つのカテゴリに分類できます。 脂肪族ポリアミド（PA6、PA66、PA11、PA12）：一般工学にぴったりです。それらは、強度、靭性、耐摩耗性、および簡単な処理のバランスを妥当なコストでバランスさせます。 芳香族ポリアミド（Kevlar®やNomex®などのアラミド）：極端なパフォーマンスに最適です。 Kevlar®のようなパラアミッドは、例外的な引張強度と耐抵抗を提供しますが、Nomex®のようなメタアラミッドは、固有の火炎耐性と熱安定性に充てられています。それらは高価であり、溶融処理できないため、一部の形状と製造ルートはより制限されています。 半芳香族ポリアミド（PPA、PA6T、PA6/12T）：高温エンジニアリングを対象としています。それらは、高温の剛性と寸法を維持し、多くの自動車液をうまく処理します。それらは溶融処理（注入/押し出し）を処理することができますが、より高い溶融温度で動作し、慎重に乾燥する必要があります。脂肪族PAとアラミッドの間にはコストがかかります。 それらは、分子鎖間の水素結合による結晶性、良好な熱耐性と耐薬品性、および水分吸収の傾向を高めていますが、これらの特性の程度はタイプによって大きく異なります。それらの機械的特性（引張強度、弾性弾性率、破壊時の伸び）は、鎖の剛性と結晶性に密接に結び付けられています。これらは高いほど、材料が硬くて強くなりますが、より脆弱です。値が低いと、より柔らかく、より丈夫な素材が生じます。 ポリアミドの一般的なグレード 以下は、最も一般的な合成ポリアミドグレード、それらの重要な特性、および典型的なアプリケーションの概要です。 学年一般名モノマー炭素数重合引張強度（MPA）弾性率（GPA）融解温度（°C）HDT（°C、乾燥、1.8 MPa）水分吸収（％） @50％RH耐薬品性PA6ナイロン6（合成）Caprolactam（ε-Caprolactam）6リングオープン重合60–751.6–2.5220–22565–752.4–3.2（〜9–11％飽和） 優れたオイル/燃料抵抗;強酸/塩基に敏感PA66ナイロン6,6ヘキサメチレンジアミン +アディピン酸6+6凝縮重合70–852.5–3.0255–26575–852.5–3.5（〜8–9％飽和） PA6と同様に、わずかに優れた溶媒耐性PA11バイオベースのポリアミド11-アミナウンドカノ酸11自己凝縮50–65 1.2–1.8185–19055–651.5–2.0優れた耐薬品性、塩スプレー、耐性耐性PA12長鎖ポリアミドラウリル・ラクタム12リングオープン重合45–551.6–1.8178–18050–600.5–1.0PA11に似ています。優れた耐薬品性PA46高テンプポリアミドテトラメチレンジアミン +アディピン酸4+6凝縮重合80–1003.0–3.5〜295160–1702.0–3.0（飽和すると高く） 優れた高テンプル、オイル、耐摩耗性ケブラーパラアミッドP-フェニレンジアミン +テレフタロイル塩化物 - 凝縮重合3000-360070–130融解なし; 500°Cを超える分解 最大300°Cまでのプロパティを保持します。 500°Cを超える分解   3–7（水分回復 @65％RH）  ほとんどの化学物質に耐性があります。 UV敏感 ポリアミドを識別する方法 簡単なハンズオンテストでポリアミドをすばやくスクリーニングします - 火傷テストで始まります（溶けてから黄色で傾けた青色の炎で燃やし、セロリのような臭いを放ち、硬い黒いビーズを残します）またはホットニードルテスト（同じ匂いできれいに柔らかくなります）。 PA6/PA66（密度≈1.13–1.15 g/cm³）は水に沈み、PA11/PA12（≈1.01–1.03 g/cm³）のような長鎖グレードは水または希釈アルコールに浮かぶ可能性があることに注意してください。決定的なラボIDの場合、FTIR分光法を使用して、特徴的なN – Hストレッチ（〜3300cm⁻¹）およびC = Oストレッチ（〜1630cm⁻¹）を検出し、DSCを使用して融点（PA12≈178°C、PA6≈215°C、PA66≈260°C）を確認します。 ナイロンとは何ですか？ ナイロンは合成ポリアミドの最も有名なサブセットです。実際には、人々がプラスチックやテキスタイルで「ポリアミド」と言うとき、彼らはほとんど常にナイロン型材料を指しています。 最も広く使用されているコマーシャルナイロン - ナイロン6、ナイロン6/6、ナイロン11、およびナイロン12などは、脂肪族ポリアミドです。それらの半結晶性微細構造と強力な水素結合により、一般工学の強度、靭性、耐摩耗性、良好な熱と耐薬品性の優れた組み合わせが得られます。多目的で信頼できる、それらは広範囲の従来の製造および添加剤技術を通じて処理することができ、それらをの家族の長年の主食にすることができますエンジニアリングプラスチック。 ナイロンを識別する方法 全体として、ナイロンとポリアミドを識別するために使用される方法は、フィールドとラボでの両方で、本質的に同じです。主な違いは、ナイロングレードが正確な区別のためにより正確な基準を必要とすることです。実験室の設定では、融点を測定し、特定のグレードを特定するために、微分スキャン熱量測定（DSC）が一般的に使用されます。密度テストは、ショートチェーンナイロン（PA6/PA66）から長鎖ナイロン（PA11/PA12）を分離するための簡単な方法を提供します。さらなる確認が必要な場合、X線回折（XRD）や溶融流量（MFR）分析などの手法を適用して、6シリーズと11/12シリーズの材料をより正確に区別できます。 ポリアミドとナイロンの一般的な特性 「ポリアミド」と「ナイロン」は、しばしば同じ意味で使用されますが、ナイロンはポリアミドの1つのタイプにすぎません。このセクションでは、それらの共通のプロパティについて詳しく説明します。 構成と構造 ポリアミドは、バックボーンでアミド（-CO-NH-）結合を繰り返すことで特徴付けられますが、多くのモノマーから合成できます。脂肪族ポリアミドは、ε-カプロラクタム、ヘキサメチレンジアミンを加えたヘキサメチレンジアミン、または11-アミナウンドカノ酸などの直線鎖ユニットから構築されていますが、芳香族アラミッドは硬いベンゼンリングを連鎖に取り入れています。モノマーと重合法の選択により、鎖の柔軟性、結晶化度、水素結合密度が決定されます。これは、機械的強度、熱安定性、油、燃料、および多くの化学物質に対する耐性に影響を与える要因です。 ナイロンは、狭いモノマーセットから作られた脂肪族ポリアミドのサブセットです。一般的なナイロングレードには、ヘキサメチレンジアミンにアディピン酸を凝縮することにより生成されるPA6とPA6,6が含まれます。それらの均一なチェーンセグメントと強力な水素結合は、引張強度、靭性、耐摩耗性、および中程度の耐熱性のバランスの取れた混合をもたらす半結晶ネットワークを作成します。 融点 ポリアミド（ナイロンを含む）の融点は、モノマーの化学構造、結晶性の程度、水素結合密度、鎖の柔軟性の4つの主な要因によって決定されます。一般に、より多くの定期的に間隔を置いた水素結合とより高い結晶性が融解温度を上昇させます。逆に、結晶の形成を破壊する柔軟なチェーンセグメントが融点を低下させます。たとえば、PA11やPA12などの長鎖、低結晶性ポリアミドは178〜180°C前後に溶け、PA6やPA6/6のような一般的なナイロンは、約215°Cと265°Cの間で溶融し、ケブラーなどの硬質アロマティックポリアミドは500°Cを超えて溶けません。 引張強度と靭性 一般に、ナイロンは強度と靭性のバランスの取れた組み合わせを提供し、他のポリアミドはより広範なパフォーマンスチューニングを提供します。高強度の端で、Kevlar®などの芳香族アラミッドは、最大3.6 GPa（〜3600 MPa）までの繊維引張強度を達成し、弾道衝撃下でのエネルギー吸収に優れています。反対側では、PA11やPA12のような長鎖脂肪族ポリアミドは、優れた延性と高い衝撃耐性のために引張強度（〜45〜60 MPa）を交換します。一般的なナイロン（PA6およびPA6,6）は真ん中に真っ直ぐに横たわっており、約60〜85 MPaの乾燥した引張強度とバランスの取れた耐衝撃性を提供し、耐荷重く衝撃耐性成形部品に人気のある選択肢となっています。 耐摩耗性 ポリアミドファミリー全体は、良好な耐摩耗性を提供します。 […]

お気に入りのコーヒーマグをキッチンの床に落とすことを想像してみてください。ここで、転倒後にスマートフォンの画面がクモの羽ばたき、または地震中の補強されていないコンクリートの壁がひび割れていることを想像してください。これらの日常の例は、警告なしに突然の破損につながる可能性のある物質的な特性であるBrittlenessを強調しています。安全性と信頼性のために重要な状態：建物、橋、または製品の脆い成分は、説明されていないと壊滅的に失敗する可能性があります。歴史は厳しいリマインダーを提供します。最も有名なRMSタイタニックは、極寒の大西洋の水域で脆くなり、曲げよりも衝撃に割れ、災害に貢献しています。エンジニアとデザイナーは、曲がったり引き伸ばされたりする延性材料とは異なり、脆いものがストレスの下でスナップする傾向があるため、脆性に細心の注意を払っています。 この投稿では、Brittlenessとは何か、それが硬度と靭性とどのように異なるかを探ります。また、ガラスや鋳鉄のような材料が脆弱である理由、およびエンジニアリングデザインでの脆性をテストおよび軽減する方法も説明しています。 brittlenessとは何ですか？ 材料科学の脆性は、事前にプラスチックの変形をほとんどまたはまったくない材料の骨折する傾向を指します。簡単に言えば、脆い材料は曲がったり、伸びたりすることはありません。壊れます。もろい物体を曲げようとすると、プラスチックの変形を起こすのではなく、すぐにクラックまたはスナップします。これはその反対です延性、故障する前に、重大なプラスチック変形（たとえば、ワイヤーに引き込まれたり曲がったりする）を維持する材料の能力。非常に延性のある金属（銅や金など）は曲がったり、伸ばしたり、かなり引き出したりすることができますが、脆性材料（ガラスやセラミックなど）が小さな弾性ひずみだけの後に骨折します。 骨格と延性、靭性、硬さ 脆弱性と延性を比較すると、骨折前に粗末に材料がどれだけの材料を変形できるかにかかっています。脆性材料は非常に低い延性を持ち、小さなひずみでそのブレークポイントに達します。延性のあるものは、重大な塑性変形を維持できます。金属では、一般的な経験則は、休憩時の伸長〜5％がしばしば呼ばれることです脆い、一方、〜5％が考慮されます延性（材料およびテスト依存性、セラミックとガラスは通常1％をはるかに下回っています）。実際には、脆い材料はほとんど警告を与えません。彼らはスナップする前に目に見えて曲げたり首を曲げたりしません。にストレス - ひずみ曲線、延性材料は、収量と長いプラスチック領域を示しますが、脆性材料は、最小限の可塑性で突然の骨折までほぼ直線的に弾力性があります。 タフネス破壊前に材料が吸収するエネルギーを説明します（ストレス - ひずみ曲線の下の領域）。通常、材料が高強度と良好な延性を組み合わせると増加します。それは、脆性の厳格な「反対」ではありません。ゴム製のタイヤは、変形して衝撃を吸収するため、困難です。アニールされたガラスは、柔軟に変形できないため脆く、鋭い打撃はそれをひび割れさせることができます。 硬度別の概念です。これは、ひっかき傷や局所的なインデンテーションに対する抵抗です。素材は非常に硬いが脆弱な場合があります。たとえば、ダイヤモンドは引っ掻きに抵抗しますが、可塑性の欠如は、鋭い打撃の下でチップまたは切断することができます。逆に、比較的柔らかいもの（ゴムのような）は、変形する可能性があるため、衝撃に対する亀裂に抵抗する可能性があります。要するに、硬度は局所的な変形に対する耐性に関するものですが、脆性は骨折の挙動を説明しています。 脆性材料の例とそれらがどのように失敗するか 多くの日常的および産業材料は、脆い行動を示しています。ここにいくつかの例があり、それらがストレスの下でどのように失敗するかを示します。 ガラス：普通のガラス（窓ガラスや飲料ガラスなど）は、古典的な脆性素材です。圧縮は非常に硬くて強いですが、引張ストレスや衝撃の下では、柔軟に変形することはできません。硬い床にガラスを落とすと、通常は大きな鋭い破片に骨折します。故障は亀裂の伝播によるものです。小さな欠陥または衝撃点が亀裂を開始すると、プラスチックの変形がほとんどなくガラスを通り抜けます。この脆弱性はその構造に由来します。シリカネットワークは硬くてアモルファスであり、金属とは異なり、ストレスを和らげるモバイル脱臼はありません。興味深いことに、特別な治療法は、ガラスの壊れ（たとえば、表面圧縮応力を導入するために熱処理することによって生成される強化ガラス）を変えることができますが、まだ脆弱ですが、小さくて鈍いダイイスのようなピースに壊れる傾向があります（したがって「安全ガラス」）。フロントガラスで使用されるラミネートガラスは、2つのガラスのプライをプラスチックの中間層（通常はPVB）に結合するため、亀裂が形成されると、層状層がピースを一緒に保持します。これらの処理は故障モードを緩和しますが、根本的にガラスは曲げずに割れて失敗します。 セラミック：セラミックも同様に脆いです。セラミックの花瓶を棚からノックすると、へこみではなくチップまたは粉砕されます。構造的には、セラミックはイオン的および/または共有結合されており、しばしば多結晶です（磁器にもガラスの相が含まれています）。たとえば、磁器プレートでは、原子格子は剛性です。ストレスをかけると、原子面は簡単に滑ることができません。イオン固体では、小さなシフトが同様の充電イオンを並べてもたらし、強く反発し、亀裂が開始されます。転位運動は制限されており、結合は方向性があるため、セラミックは硬度と圧縮強度が高くなりますが、緊張や曲げの下でスナップする傾向があります。それらが故障すると、骨折表面は通常きれいになり、結晶面に沿ってファセットされます（切断）。容量を超えて装填されたセラミックタイルは、体を突破し、清潔でガラスのような骨折で壊れる亀裂が発生し、実質的に目に見える収量はありません。 鋳鉄（特に灰色の鋳鉄）：鋳鉄は金属ですが、特定のグレードは脆いことがあることで有名です。古い鋳鉄製のエンジンブロックや鋳鉄パイプの亀裂を見たことがあるなら、脆性骨折を目撃したことがあります。灰色の鋳鉄（骨折表面の灰色にちなんで名付けられた）は、比較的高い炭素含有量を持っています。炭素は、鉄マトリックス全体に分布するグラファイトフレークを形成します。これらのフレークは内部亀裂と強いストレス濃縮器のように振る舞うので、金属は壊れる前にあまり伸びることはできません。その結果、鋳鉄は圧縮が非常に強い（均等にサポートされている場合）が、緊張や衝撃の下で突然故障する可能性があります。対照的に、延性（結節性）鉄は、グラファイトが誘導され、球状結節を形成する修正鋳鉄です（通常はマグネシウム処理を介して）。それははるかに脆く、粉砕するのではなく衝撃下で変形します。これについては、デザインセクションでさらに説明します。 コンクリート：コンクリートは固体で岩のように見えるかもしれません（そしてそれはそうです）が、それは脆い材料の別の例です。圧縮下では、コンクリートは非常に強く、非常に大きな負荷を運ぶことができます。ただし、緊張（引っ張ったり曲げたりする）では、単純なコンクリート亀裂が簡単に亀裂があります。セメントペーストとハードミネラル凝集体の混合は、粗末な流れる能力を備えた剛性マトリックスを形成するため、小さな張力株は微小亀裂を開いてすぐに合体します。そのため、鉄筋コンクリートが非常に一般的です。鋼鉄の鉄筋は、張力を運ぶように埋め込まれ、延性（および靭性）を加えるように埋め込まれています。鋼は、セクションを一緒に保持し、突然の脆性崩壊よりも警告を保持し、警告を提供し、徐々に拡大します。 その他の脆い材料：他にも多くの例があります。高炭素または高度に硬化したツール鋼は、和らげないと脆くなる可能性があります。より高い炭素と硬度が延性を低下させるため、曲がったときにファイルまたは非常に硬いナイフブレードがスナップする場合があります。鉛筆の「鉛」のように、グラファイトは脆弱です。その層状構造により、平面がスライドしてマークを残すことができますが、スティックは控えめな力の下で簡単に壊れます。一部のポリマーも脆いです。ポリスチレン（使い捨てのカトラリーや古いCDのケースで使用される剛性プラスチック）は、曲がるのではなくスナップする傾向があります。 なぜいくつかの材料が脆弱なのですか？ 脆性を理解するために、マイクロスケールと原子スケールの材料内で何が起こるかを見るのに役立ちます。材料は原子結合と微細構造が異なり、これらの違いはストレスへの反応を決定します。 結晶金属では、非局在化された金属結合とモバイル脱臼は通常、プラスチックの流れを可能にします。スリップが簡単な場合、ストレスの再分配と亀裂のヒントが鈍化します。結合が非常に方向性がある場合、またはクリスタルが動作可能なスリップシステムをほとんど提供していない場合、可塑性は制限されています。亀裂が核形成して伝播するまでストレスが集中します。 次に、微細構造がその亀裂がどのように成長するかを決定します。鋭い包含物、硬い第2フェーズ、毛穴、または弱いインターフェイスは、亀裂の発射サイトと経路として機能します。温度とひずみ速度も重要です。温度の低下またはひずみ速度が高いと、可塑性が削減され、脆性骨折に向かって挙動が押し上げられます。環境はバランスを傾ける可能性があります。原子の水素は亀裂を加速しますが、穀物結合の分解（例えば、顆粒間腐食や不純物の分離など）は境界に沿った凝集を減らします。 簡単に言えば、プラスチックの宿泊施設が希少で亀裂運転部隊が支配しているときに、脆性が現れます。材料が脱臼を自由に動かしたり、亀裂先端でエネルギーを消散させたりできない場合、故障は突然であり、ほとんど警告を与えません。 脆性を測定またはテストする方法は？ Brittlenessは、ストレス下での材料の挙動に関するものであるため（変形がほとんどなく破壊）、密度や融点のように調べることができる単一の「Brittleness Number」はありません。代わりに、エンジニアは、延性、骨折の靭性、衝撃エネルギーのテストを使用して間接的に特徴づけています。 脆性挙動を測定する標準的な方法の1つは、引張試験です。ストレスと緊張が記録されている間に犬の骨標本が引っ張られ、ストレス - ひずみ曲線が生成されます。脆性応答は、低い領域では、ほとんどまたはまったく降伏領域を持つ、突然の骨折へのほぼ線形の弾性経路です。 2つのクイックインジケーター - 破損時のエリアと面積の削減 - は、延性の尺度です（そして、brittle性を反比例させます）。脆い材料は、低い伸長と面積の最小限の減少を示します（ネッキングはほとんどまたはまったくありません）。金属の場合、テストのセットアップとレポートはASTM E8に従います。 Charpy V-Notch Impact Testでは、振り子が揺れ動く棒が打たれ、振り子エネルギーの損失（スイング高さの変化による）がジュールの吸収エネルギーとして記録されます（j）。低吸収エネルギーは、脆性反応を示します。高エネルギーは靭性を示します。結果は標本のサイズとノッチのジオメトリに依存するため、シャルピーエネルギーは、基本的な材料定数としてではなく、比較と温度研究に最適です。複数の温度でテストを実行すると、延性から脆性の遷移がマッピングされます。エンジニアは骨折の表面も読みます。明るい、ファセット/切断の特徴は脆性骨折を示唆していますが、鈍い繊維状の外観は延性があることを示します。 もう1つの重要な尺度は、平面鎖骨折の靭性です（kIC）、亀裂の成長に対する材料の抵抗を定量化する骨折 - 機械的パラメーター。これは、事前に砕いた試験片の精度テストから決定され、亀裂が伸び始めた臨界応力強度係数を表します。脆性材料は低いkですICしたがって、欠陥の耐性が低いため、極端な亀裂は比較的低いストレスで故障を引き起こす可能性がありますが、丈夫で延性のある材料はkが高いですIC亀裂を鈍らせたり逮捕したりできます。エンジニアは、骨折データを使用して、許容される欠陥のサイズを設定し、突然の骨折に対して設計します。 デザインの脆性障害を防ぐ方法 脆性性は突然の壊滅的な失敗につながる可能性があるため、エンジニアはそれに対処するための戦略を開発しました - 異なる材料を選択するか、材料と設計を変更して脆性行動を危険にさせることにより。 材料の選択と治療 脆性の故障を避ける最も簡単な方法は、緊張、曲げ、または衝撃の部品に対してより延性のある材料を選択することです。構造設計者は、しばしば、壊れる前に屈服して曲がる鋼またはアルミニウム合金を好みます。高い硬度、高温能力、または特定の電気挙動などの特性が必要な場合（本質的に脆性オプション（技術セラミック、ディスプレイガラスなど）を指定する必要があります。鋼では、消費されている高炭素微細構造は非常に硬いが脆い。強化は、タフネスの大きな利益と少し硬く取引します。鋳鉄は別のケースを提供します。灰色の鉄はフレークグラファイトのために脆い。少量のMgまたはCEを追加すると、紡錘体グラファイトを備えた延性（結節性）鉄が生成され、ストレス濃度が低下し、延性と耐衝撃性が著しく改善されます。 複合材料 脆性マトリックスとより延性のある相を組み合わせると、靭性が高まります。鉄筋コンクリートのペアコンクリート（脆性）で鋼鉄鉄筋（延性）を備えているため、セクションが緊張を運び、突然の崩壊を避けることができます。同様に、繊維強化ポリマーとセラミックマトリックスコンポジット埋め込みガラス、炭素、またはアラミド繊維を埋め込む亀裂、偏向、引き抜き、亀裂の成長に必要なエネルギーを増加させます（骨折の靭性が高くなります）。 ジオメトリと安全因子を設計します 鋭い角とノッチを避けることにより、ストレス濃縮器を減らします。寛大なフィレットを使用してください。荷重が最も高い厚さまたはrib骨を追加します。薄いガラスシートは、厚いペインよりもはるかに簡単に壊れます。セラミックとガラスの場合、表面圧縮を誘導する（たとえば、焼き戻し）は、亀裂を開始するためにより高い引張応力を必要とすることにより、明らかな靭性を高めます。脆性部品はほとんど警告を与えないため、設計者はより高い安全因子を使用し、定期的な検査をスケジュールします。たとえば、航空宇宙では、脆弱な方法で動作できるコンポーネントは、X線または超音波で内部亀裂をチェックします。 環境制御 温度と環境は、材料がどのように変形し、骨折するかを変えます。低温で合金が脆くなった場合は、最小サービス温度を設定するか、寒冷気候のために延性から脆性への移行温度が低いグレードを選択します。同様に、水素のピックアップがリスク（高強度鋼の水素包含）である場合、充電を最小限に抑える予防コーティングとプロセスを使用し、吸収された水素を追い出すためにベイクアウト（熱排除）を実行します。 […]

延性は、物質科学の基本的な概念であり、一部の材料（金属など）がストレスの下で大幅に曲がったり伸ばすことができるのかを説明しますが、他の材料（ガラスなど）が突然スナップします。この記事では、延性とは何か、それがどのように測定され、なぜ重要なのか、どの要因がそれに影響するかを説明します。 延性の定義 延性とは、骨折前に張力で塑性変形を受ける材料の能力です。簡単に言えば、延性材料は、スナップせずに長い道のりを伸ばすことができます。対照的に、ガラスのような脆い材料は、ほとんど変形がほとんどない後、割れたり粉砕する傾向があります。材料科学では、塑性変形は形状の永続的な変化です。これは弾性変形とは異なり、荷重が除去されると回復可能です。延性は可塑性と密接に関連していますが、より具体的です。可塑性は、任意のモード（張力、圧縮、またはせん断）で永続的な変形の一般的な能力ですが、延性は張力の能力を指します。 原子の観点から見ると、多くの金属の高い延性は、非方向性金属結合と、転位を移動できるスリップシステムの利用可能性に由来しています。ストレスが加えられると、転位グライドは金属製の結晶がプラスチックのひずみに対応できるため、金属は骨折ではなく曲がったり伸びたりすることがよくあります。対照的に、セラミックとガラスには方向性のあるイオンまたは共有結合があり、非常に限られたスリップがあるため、緊張の下でかなりのプラスチックの流れの前に割れる傾向があります。ただし、すべての金属が室温で延性しているわけではありません（たとえば、一部のBCC金属、高炭素鋼、金属グラスは比較的脆くなる可能性があります）、およびメタリックスタイルの延性ではないガラス遷移温度を上回る粘性流量によって主に加熱されたガラス曲げが加熱されます。 延性の測定 引張試験は延性を定量化する最も一般的な方法です。標本は骨折に一軸の張力で負荷をかけ、延性は破損時の伸長と面積の減少率として報告されます。 休憩時の伸び率（A％） 破壊時のゲージ長の増加率：A％=（LF -L0）/L0×100％、L0は元のゲージ長、LFは破壊時の最終長さです。 A％が高いほど、引張延性が大きくなることを示します。 面積の減少率（RA％） 破壊位置での断面の割合の減少：RA％=（A0 - AF）/A0×100％。ここで、A0は元の面積であり、AFはブレークの最小面積です。大規模なRA％は、顕著なネッキングと強力なセブキング後延性を反映しています。 （ゲージの長さに敏感ではありません。非常に薄いシートには理想的ではありません。） 両方の測定値は、通常、引張試験の一部として報告されます。たとえば、鋼のサンプルは、たとえば20％の伸びと破損時の面積の60％の減少を持っていると説明される場合があります。これは、延性挙動を示しています。対照的に、脆性セラミックは、伸びが1％しかなく、本質的に0％の面積の減少を示す場合があります（ほぼ薄くなることなく壊れます）。伸びと面積の減少が大きいほど、材料の延性が高くなります。 延性を視覚化する別の方法は、引張試験から得られたグラフであるストレス - ひずみ曲線です。ストレス（単位面積あたりの力）は、ひずみ（相対変形）に対してプロットされます。この曲線のキーポイントには次のものがあります。 ヤングモジュラス（E）：線形弾性領域の勾配。剛性の尺度。 降伏強度（σᵧ）：塑性変形の開始（多くの場合、シャープな降伏点が存在しない場合、0.2％のオフセット法で定義されます）。 究極の引張強度（UTS）：最大のエンジニアリング応力。標本の首を超えて。骨折は、通常、エンジニアリングストレスが低い場合に発生します。 骨折ポイント：標本が最終的に壊れる場所。 延性材料（青）の代表的な応力 - ひずみ曲線（赤） 延性材料の曲線は、生成後に長いプラスチック領域を示し、骨折前に大きなひずみを維持できることを示しています。対照的に、脆性材料の曲線は降伏点の近くで終わり、プラスチック領域はほとんどまたはまったくありません。要約すると、エンジニアリング応力 - 伸縮グラフ（指定されたゲージの長さの場合）では、延性が骨折する総ひずみによって延性が反映されます。これは、乳酸材料の長いもので、脆性材料の略です。ただし、見かけの骨折ひずみは選択したゲージの長さに依存し、ネッキングが開始すると変形が局所化されるため、エンジニアリング曲線は延性後延性の直接的な尺度ではありません。そのため、仕様は通常、面積の割合（RA％）の割合とともに、破損時の伸び（A％）を報告します。 延性と柔軟性の違いは何ですか？ 延性は、壊れずに緊張を伸ばす材料の能力です。引張試験からの面積の伸長率または縮小で定量化します。金属をワイヤーに引き込むことができる場合、延性があります。閉鎖性とは、亀裂なしで圧縮で変形する材料である材料の能力です。曲げ/平坦化/カッピングテスト、またはどれだけの厚さの減少が許容できるかで判断します。 実際には、金、銅、アルミニウムは両方とも非常に延性があり、順応性があります（ワイヤーとシートに最適です）。鉛は非常に順応性がありますが、適度に延性しかありません（シートに転がるのは簡単で、細いワイヤーのように貧弱です）。マグネシウムは室温で順応性が制限されていますが、亜鉛は温めたときに順応性が高くなります。製造用に、描画、深いストレッチ、プル支配的な機能のための延性合金を選択します。圧縮が支配する場所でローリング、スタンピング、および鍛造のために、順応性合金を選択します。温度と結晶構造は両方の特性をシフトします。クイックルール：ダクタリティ=張力/ワイヤー;閉鎖性=圧縮/シート。 なぜ延性が重要なのか 延性は、製造可能性とサービス内の安全性の両方の背後にある静かな主力です。工場では、金属をシートに丸め、ワイヤーに引き込んで、割れずに鍛造できます。フィールドでは、コンポーネントがエネルギーを吸収し、ストレスを再分配し、故障前に警告を提供できるようにします。 製造用の延性材料 一般に、延性が高いということは、材料が実行可能であることを意味します。亀裂なしに、鍛造、巻き、巻き、描画、またはさまざまな形に押し出ることができます。低延性（brittleness）は、材料を変形させるのが難しく、鋳造や機械加工などのプロセスに適していることを意味します（材料が形状を幅広く変化させない場合）。 鍛造とローリング：これらのプロセスは、固体金属を形状に変形させます - ハンマー（鍛造）またはロール間の通過（ローリング）。延性金属は、関与する大きなプラスチック株に耐えます。実際には、鋼のスラブ/ブルームはシート、プレート、およびIビームなどの構造形状にホットロールされ、アルミニウムはコンポーネントに容易に鍛造されます。対照的に、鋳鉄のような脆い合金は、重い変形の下で割れる傾向があるため、通常、ネットの形に鋳造することで形作られます。 押し出しとワイヤー/バーの描画：押し出しは、ダイを通して金属を押して、長く一定の交差セクション製品を作る。ワイヤー/バーの描画は、直径を減らすためにダイを通して固体ストックを引っ張ります。どちらもプラスチックの流れに依存しています。アルミニウム、銅、低炭素鋼などの延性合金は、チューブとプロファイル（窓枠、ヒートシンクセクションなど）に押し出され、細かい電気線に引き込まれます。加工温度で十分な延性のない材料は、ダイをチェックまたは亀裂する傾向があるため、ガラスまたはセラミックが固体状態に押し出されたり描かれたりしないのです。代わりに繊維が溶けて描かれています。 ディープドローイング：深い描画は、パンチでシートをダイに強制することにより、軸対称カップと缶を形成します。フランジは内側に餌を与え、壁はわずかに薄くなります。適切な延性は、分割やしわを防ぎます。アルミニウムの飲料canボディは古典的な例です。 板金の曲げとスタンピング：ボディパネルとエンクロージャーの一般的な曲げとスタンピングは、シートがダイで伸びているときにエッジのひび割れやオレンジピールを避けるために延性を必要とします。鋼鉄とアルミニウムのグレードは、形成性に合わせて調整されているため、複雑な形状（車のフードなど）は故障せずにスタンプすることができます。 メタル3D印刷（AM）：延性は依然として重要です。特にレーザーパウダーベッドフュージョン（LPBF）からのプリント部品は、細かく、テクスチャーの微細構造、残留応力、および多孔性により延性が低下することを示すことができます。ストレス緩和と高温等吸着プレス（股関節）（しばしば軽い熱処理が続き、延性が回復し、亀裂リスクを減らします。 Ti-6AL-4VやAlSi10Mgなどの合金は、有用なインサービス延性をもたらすことができます。 実世界のアプリケーション用の延性材料 延性は単なるラボメトリックではなく、現実世界の構造、車両、および機器のパフォーマンスに直接影響します。エンジニアリングと設計で重要な理由は次のとおりです。 突然の故障を防ぎ、安全性の向上：延性材料は徐々に失敗します。骨折前にエネルギーを生成および吸収し、目に見える警告を提供し、荷重を再分配できるようにします。建物では、これが構造鋼が好まれる理由です。過負荷のビームは、スナップではなく曲がります。鉄筋コンクリートは同じロジックに従います。埋め込まれた鋼鉄鉄筋は延性を加えて、メンバーが割れずに地震需要の下で曲げることができます。 衝撃のエネルギー吸収（地震およびクラッシュアプ​​リケーション）：動的荷重の下で、延性は衝撃エネルギーをプラスチック作業に変えます。鉄骨フレームは、収穫量を介して地震の力を消散させ、自動車は鋼鉄またはアルミニウムの折り畳み帯のゾーンを制御された方法で、キャビンの減速を低下させます。現代の体構造は、強度と延性（DP/トリップ鋼など）とのバランスをとり、航空宇宙AL/TI合金は、鳥のストライキ、加圧、および冷たい耐性のために十分な延性を保持します。 構造の回復力と冗長性：延性システムは、隣接するメンバーにストレスを広めることにより、局所降伏後に負荷を運び続けることができ、進行性崩壊の可能性を減らします。そのため、橋は延性鋼を使用し、パイプラインとケーブルが破裂ではなく地面の動きや過負荷の下で曲がったり、へこみを止めたりするように設計されている理由です。 延性に影響する要因 延性はすべての条件下で固定されていません。これに影響を与える主な要因は次のとおりです。 温度：延性は温度依存性が高くなります。より高い温度が原子の可動性と転位の動きを増加させ、プラスチックの流れを可能にします。低温が動きを制限し、切断型亀裂を促進します。多くのBCC金属（特定の鋼など）は、延性から脆性の遷移温度（DBTT）を持っています。その下では、突然骨折することができます。古典的な例は構造鋼です。周囲温度では曲がる可能性がありますが、非常に低い温度では骨折する可能性があります。したがって、エンジニアはサービス温度をDBTTより上に保持するか、低温グレードを指定します。対照的に、ほとんどのFCC金属（アルミニウム、銅など）は鋭いDBTTを欠いており、寒い場合でも延性があります。 構成と合金：存在する要素とそれらが形成するフェーズは、延性に強く影響します。金、銅、アルミニウムなどの純粋な金属は、通常非常に延性があります。溶質を追加したり、硬い第2フェーズを作成したりすると強度が向上しますが、しばしば転位運動を妨げることで延性を低下させます。炭素鋼では、低炭素グレードは形成可能なままですが、高炭素と工具鋼は和らげない限りはるかに延性が少なくなります。微量不純物も抑制鋼です。硫黄は高温の短さを引き起こす可能性があり、リンは冷たい脆弱性を引き起こす可能性があります。熱処理はバランスを調整します。消光されたマルテンサイトは強いですが、和らげるまで延性が低く、アニーリングは延性を回復します。メタリックメガネは限界を示しています。クリスタルスリップが存在しないため、それらは非常に強いが、通常は脆い。 クリスタル構造とスリップシステム：延性は、脱臼が容易に移動する方法を反映しています。アルミニウム、銅、ニッケル、金などのFCC金属には、多くのアクティブスリップシステムがあり、低温でも延性があり、鋭利な延性から脆性の移行はありません。フェライト鋼、クロム、タングステンなどのBCC金属は、スリップのために熱活性化を必要とし、しばしば延性から脆性への移行を示すため、延性は寒さに低下します。室温でのマグネシウム、亜鉛、チタンなどのHCP金属のスリップシステムは少なくなっています。双子または上昇した温度がなければ、それらは不十分に変形し、亀裂が生じる可能性があります。一般に、利用可能なスリップシステムが多く、固有の延性が高く、低温性能が向上します。 構造の回復力と冗長性：延性システムは、隣接するメンバーにストレスを広めることにより、局所降伏後に負荷を運び続けることができ、進行性崩壊の可能性を減らします。そのため、橋は延性鋼を使用し、パイプラインとケーブルが破裂ではなく地面の動きや過負荷の下で曲がったり、へこみを止めたりするように設計されている理由です。 […]