引張応力が説明されました

特定の用途向けに強力な金属材料を選択する場合、チタンとスチールが最優先の選択肢とみなされることがよくあります。それぞれの金属は強度の違い以外にも、さまざまな用途に適した独自の特性を持っています。あなたのプロジェクトにとって正しい選択はどれですか?この記事では、これら 2 つの金属の概要を説明し、その主な特性を比較します。始めましょう。

私たちの日常生活における金属に関して言えば、ステンレス鋼とチタンは 2 つの強力な組み合わせです (または、1 つは重く、1 つは軽いと言うべきでしょう!)。キッチン家電やスマートフォンからジュエリーや時計に至るまで、両方の素材があらゆる場所で使用されています。耐衝撃性、耐久性、耐食性が高いため、用途が重複することがよくあります。しかし、あなたのプロジェクトにとってどちらがより良い選択なのでしょうか? この記事では、各素材の長所と限界を詳しく説明します。コストから製造の容易さまで、ステンレス鋼とチタンのどちらを選択する際に最も重要なのかを説明します。 ステンレス鋼の特徴 ステンレス鋼は鉄と炭素から始まりますが、多量のクロムが含まれているため、「通常の」鋼とは大きく異なる挙動をします。クロムは表面に薄い保護酸化物層を形成し、これがステンレス鋼の特徴的な耐食性を与えます。 (ステンレスが他の鋼ファミリーとどのように比較されるかについて簡単に復習したい場合は、当社の記事を参照してください。合金鋼とステンレス鋼のガイド.) 異なるグレードには、特定の環境での強度、成形性、性能を微調整するために、ニッケル、モリブデン、マンガン、シリコン、窒素などの元素が含まれる場合もあります。 ステンレス鋼の種類 ステンレス鋼はさまざまな方法で合金化および加工できるため、主に微細構造によってグループ化されたいくつかの主要な「ファミリー」に分類されます。 オーステナイト系ステンレス鋼最も広く使用されているステンレス鋼ファミリーです。優れた耐食性、良好な延性、強力な溶接性で知られています。多くのグレードでは、クロムは通常約 16 ～ 26% の範囲にあり、ニッケルは約 6 ～ 22% の範囲にあります (グレードによって大きく異なります)。クロムは耐食性を提供し、ニッケルおよび/または窒素はオーステナイト構造の安定化に役立ちます。 304 (「18/8」ステンレス) は最も一般的なグレードの 1 つで、食品機器、タンク、配管、建築金物に広く使用されています。 塩化物または塩への曝露が懸念される場合は、316 がよく選択されます。モリブデンが含まれており、孔食に対する耐性が向上します (消費者の文脈では「マリングレード」と呼ばれることが多いのはこのためです)。 フェライト系ステンレス鋼一般に磁性があり、主にクロム (通常約 10 ～ 30%) に依存しており、炭素は少なく、ニッケルはほとんどまたはまったくありません。 通常、中程度から良好な耐食性と強力な耐酸化性を備えているため、高温環境に適しています。また、フェライト系グレードはオーステナイト系ステンレス鋼よりも熱膨張が低いため、繰り返しの加熱と冷却のサイクル下でも優れた性能を発揮します。 その代償として、フェライト系ステンレス鋼はオーステナイト系グレードよりも延性と靱性が低い傾向があり、高い成形性や強い衝撃に対する耐性が必要な用途での使用が制限される可能性があります。 409 は、手頃なコストで固体酸化耐性を備えているため、自動車の排気部品によく選ばれています。 430 は、適度な耐食性と外観が優先されるキッチン用品、電化製品、トリムに広く使用されています。 444 は、配管や給湯機器など、水との接触や軽度の塩化物関連の用途で腐食性能を向上させるために使用される高合金フェライトグレード (多くの場合モリブデン合金) です。 446 は、高温耐酸化性が必要なホットサービス環境で使用される高クロムフェライトグレードです。 マルテンサイト系ステンレス硬さが必要な場合に頼りになるファミリーです。オーステナイト系ステンレスやフェライト系ステンレスとは異なり、焼き入れと焼き戻しが可能なため、ブレードや摩耗部品によく使われています。一般的なマルテンサイトグレードには、約 11 ～ 18% のクロムと高炭素 (グレードによっては最大約 […]

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 […]