鋳鉄と鋼はどちらも主に鉄原子 (周期表では Fe と表示されます) で構成される鉄金属です。鉄元素は地球上に豊富に存在しますが、通常は酸化された形で存在し、抽出するには製錬と呼ばれる集中的な処理が必要です。
純鉄は高い磁気特性を備えており、電磁装置のコアの製造によく使用されます。ただし、質感が柔らかく、変形しやすいため、工業生産での直接使用は制限されます。したがって、特性を高めるために、通常は他の元素、特に炭素と合金化されます。たとえば、鋳鉄や鋼は、この改良された鉄合金から派生した金属材料として広く利用されています。
鋳鉄と鋼は外観が似ていますが、それぞれが特定の用途にとって重要な異なる特性を持っています。この記事では、プロジェクトに適切な金属を選択するのに役立つように、これら 2 つの金属を詳しく比較します。

鋳鉄は鉄と炭素の合金の一種で、炭素含有量が 2% ~ 4% と比較的高いです。これは、まず鉄鉱石を高炉で製錬して銑鉄を製造することによって作られます。次に、銑鉄を大量の鉄くずとともに溶かし、溶けた金属を型に流し込んで固めます。 「鋳鉄」という名前は、この鋳鉄の形状に由来しています。
炭素含有量に加えて、通常は 1% ~ 3% のシリコンと、微量のマンガン、リン、硫黄が含まれています。炭素とシリコンは鋳鉄の構造と特性に影響を与える重要な元素です。炭素含有量に由来する黒鉛の形状と分布は、鋳鉄の種類と特性を決定する上で重要です。炭素の形状と微細構造に基づいて、鋳鉄はさらに次のように分類できます。

鋼は鉄の合金であり、炭素含有量はさまざまですが、通常は 2% 未満です。鋼は、溶解した銑鉄を塩基性酸素炉 (BOF) または電気アーク炉 (EAF) で精製して炭素含有量を減らし、不純物を除去し、それを型に流し込んで冷却して固体の鋼を形成することによって製造されます。
特定の特性を持つさまざまなグレードの鋼を製造するために、プロセス中に追加元素が追加され、炭素含有量が調整されます。たとえば、鋼は一般に腐食や錆びやすい傾向にありますが、ステンレス鋼は例外となり、炭素含有量が低く、クロムが 10.5% 以上含まれているため、耐腐食性と錆びに対する顕著な耐性を示します。
鋼は成分や用途の違いにより多くの種類に分類されます。一般的な鋼の種類を次に示します。
2 つの金属を区別するために、まず次の表を調べて予備比較を行ってみましょう。
| アイテム | 鋳鉄 | 鋼鉄 |
| 炭素含有量 | 2%~4% | 2%未満 |
| 融点 | 華氏2102~2372度 | 華氏2500〜2750度 |
| キャスタビリティ | 収縮率が低く、流動性が良いため鋳造が容易です。 | 流動性が低く、収縮が大きいため、鋳造が困難です。 |
| 強さ | より高い圧縮強度 | より高い引張強度。優れた衝撃強度 |
| 耐摩耗性 | 良い | 鋳鉄ほどの耐久性はありません |
| 耐食性 | 耐食性が向上しますが、多くの場合、表面の防錆性に制限されます。 | 炭素鋼には劣りますが、ステンレス鋼は防錆性に優れています |
| 被削性 | 機械加工が容易になる | 時間がかかり、工具の準備も大変 |
| 溶接性 | 溶接が難しい | 低い溶接性から非常に良い溶接性までの優れた溶接性 |
| 料金 | 鉄鋼の製造に必要な材料コスト、エネルギー、労働力が低いため、多くの場合安価です。 | 購入にはより高価であり、キャストにはより多くの時間と注意が必要です |
上の表は、鋳鉄と鋼の一般的な比較を示しています。最初の列にリストされている主な項目に注目してください。ここからは、それらを 1 つずつ詳しく理解していきます。
2 つの金属の主な違いは炭素含有量です。通常、鋳鉄には 2% を超える炭素が含まれていますが、鋼には 2% 未満の炭素が含まれています。一般に、炭素含有量が高くなると、硬度と脆性が大きくなります。
さらに、鋳鉄中のシリコン含有量は鋳鉄の特性に大きく影響し、流動性が向上し、鋳造時の収縮が減少します。対照的に、鋼にはクロム、ニッケル、モリブデンなどの他の合金元素が含まれていることが多く、これらにより強度、靱性、耐食性が向上します。
鋳鉄の融点は通常 1150°C ~ 1300°C (2100°F ~ 2370°F) の範囲ですが、鋼の融点は通常 1370°C ~ 1510°C (2500°F ~ 2800°F) です。 )。
鋳鉄は融点が低いため、溶融状態での流動性が良く、複雑な金型形状への充填や緻密な鋳物の形成が容易になります。さらに、融点が低いため冷却速度が比較的遅くなり、鋳物内の液体金属が収縮によって生じる空隙を埋めるのに時間がかかります。その結果、鋳造プロセス中の気孔や亀裂の形成が最小限に抑えられ、密度が増加した鋳物が得られます。逆に、鋼の融点が高いため、機械加工や高温での熱処理中に強度と靭性を維持することができます。

上で述べたように、鋳鉄は融点が低く、一定のシリコンを含んでいます。凝固中にグラファイトが沈殿し、体積収縮を部分的に補償するため、優れた流動性を示し、冷却中の収縮が少なくなります。したがって、鋳鉄は鋼に比べて鋳造性に優れています。
対照的に、鋼は流動性が低く、成形材料に対する反応性が高く、冷却中の収縮が大きく、鋳造プロセス全体を通じてより多くの注意と検査が必要です。
鋳鉄と鋼はどちらも耐久性が高く評価されていますが、さまざまな強度面で大きく異なります。引張強さ、圧縮強さ、衝撃強さの違いを調べてみましょう。
引張強さ: 鋳鉄の引張強さは比較的低くなります。これは、その構造内に存在するグラファイトフレークまたは球状グラファイトが応力集中点となる傾向があり、引張力がかかると破損しやすくなるからです。逆に、鋼の微細構造はより均一であり、合金化と熱処理によって引張強度を大幅に向上させることができます。
圧縮強度: 一般に、鋳鉄は鋼に比べて優れた圧縮強度を持っています。圧縮応力下では、鋳鉄の黒鉛構造は応力集中には寄与せず、応力の分散に役立ち、高い圧縮強度が得られます。逆に、鋼は圧縮強度と引張強度の両方で同等の性能を示し、圧縮強度の範囲がより広くなります。
衝撃強度: どちらも優れた衝撃強度を示しますが、特に突然の衝撃や動的荷重に耐える能力において、鋼は鋳鉄よりも優れています。これは鋼の延性と均一な微細構造によるもので、衝撃荷重下でも破壊することなく大量のエネルギーを吸収できます。さらに、鋼は衝撃負荷時に加工硬化が起こり、強度がさらに向上します。一方で、鋳鉄は脆いため、衝撃を受けると割れやすくなります。しかし、鋳鉄の一種であるダクタイル鋳鉄は、ねずみ鋳鉄を大きく上回る高い衝撃強度を誇ります。それでも、ダクタイル鋳鉄は鋼の衝撃強さに匹敵することはできません。
鋳鉄は一般に鋼(炭素鋼)よりも機械的摩耗に対して優れた耐性を示します。これは、その硬度と天然の潤滑剤として機能する独特のグラファイト構造によるものです。ただし、鋳鉄は脆いため、動的摩耗環境での用途は制限されます。その結果、機械式ベッドフレーム、滑り軸受、摩擦ライニングなどの静的で低衝撃性の耐摩耗性コンポーネントの製造に最適です。
鋼は高い靭性を備えており、動的摩耗環境においても優れた耐摩耗性を維持し、破壊に耐えます。ギア、切削工具、高摩耗部品など、動的かつ高衝撃性の耐摩耗性コンポーネントの製造に適しています。
どちらの金属も、酸素や湿気にさらされると腐食や錆びやすくなります。ただし、鉄は緑青を生成し、深い腐食を防ぎ、金属の完全性を保ちます。
腐食を防ぐ 1 つの方法は、保護を強化するためにペイントまたは粉体塗装を施すことです。あるいは、クロム、ニッケル、モリブデンなどの合金元素を鋼に組み込んで、鋼の耐食性を高め、さまざまな腐食環境に適応させることもできます。
鋳鉄は優れた被削性を持っています。グラファイトの存在は天然の潤滑剤として機能し、工具の摩耗を軽減し、工具の寿命を延ばします。さらに、鋳鉄 (特にねずみ鋳鉄) は脆いため、加工中に切りくずが小さな断片に簡単に砕けます。これにより、刃物への付着が防止され、よりスムーズな加工が可能になります。
対照的に、鋼の被削性はその成分によって大きく異なります。硬化鋼や高炭素鋼は、機械加工に対する耐性が高く、工具の摩耗を促進する可能性があるため、課題が生じます。一方、低炭素鋼は柔らかいものの、加工中に粘着性が生じる可能性があり、取り扱いが困難になります。したがって、鋼の機械加工を成功させるには、機械加工技術と工具の選択を慎重に検討することが不可欠です。
鋼は鋳鉄と比較して著しく優れた溶接性を示します。鋳鉄は炭素含有量が高く脆いため、溶接中に割れが発生しやすくなります。さらに、溶けた鋳鉄は空気中の窒素や酸素を容易に吸収し、気孔の形成につながります。
鋼の炭素含有量が低いため、溶接プロセス中の制御が容易であり、アーク溶接 (SMAW)、ガスシールド溶接 (GMAW、TIG)、レーザー溶接などを含むさまざまな溶接方法に適しています。
鋳鉄は鋼鉄よりも安価になる傾向があります。主な理由は、鉄鉱石などの原材料が、製鋼に使用される高級鉄や合金に比べて入手しやすく安価であるためです。さらに、鋳鉄の製造プロセスは鋼鉄の製造プロセスよりも単純で、エネルギー消費も少なくなります。
上記の詳細な紹介と比較に基づいて、これら 2 つの金属の違いを包括的に理解できるはずです。ニーズに最適な金属を選択するために、以下の表を参照して、金属特有の利点、制限、主な用途を確認してください。
| 利点 | 制限事項 | アプリケーション | |
| キャスト鉄 | ▪ Cheaper and easier to cast than steel ▪ High compressive strength ▪ Excellent wear resistance ▪ Good machinability, especially softer cast irons like gray iron ▪ Offers high hardness ▪ Good properties for a low cost ▪ Good anti-vibration property | ▪ Low tensile strength ▪ High brittleness | ▪ Pipes and fittings in water and sewage systems ▪ Automotive components like engine blocks, cylinder heads, brake discs, etc ▪ Manhole covers, street furniture, residential fence gates, decorative light posts, fireplace elements, and other furnishings in construction ▪ Cast iron frying pans and other cookware ▪ Bases and frames for heavy machinery |
| 鋼鉄 | ▪ Higher tensile strength ▪ Higher toughness/ductility ▪ Excellent impact resistance ▪ Better weldability | ▪ More expensive ▪ Prone to corrosion and rust, especially low carbon steel | ▪ Structural beams, rebar, and building frameworks ▪ Automotive body panels, chassis components, and safety components ▪ Rail car wheels, frames, and bolsters ▪ Mining machinery, construction equipment, and heavy trucks ▪ Heavy duty pumps, valves, and fittings ▪ Turbines and other components in power station assemblies |

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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。
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。 […]
ストレス - ひずみ曲線は、入門材料科学または材料の仕組みで満たす最も一般的なグラフの1つです。その多くのラベル付けされたポイントと領域は、最初は気が遠くなるように見えるかもしれませんが、ストレスと緊張のプロットとマスタリングの両方は、実際には非常に簡単です。この記事では、ストレスとひずみの曲線を詳細に調べて、それをよりよく理解できるようにします。
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