延性 材料がワイヤにどれだけ容易に引き込まれるかを表す機械的特性です。言い換えれば、これは材料が引張応力下で破壊する前に塑性変形を維持する能力です。延性の高い材料は延性です 、延性が低いものはもろい .
最も延性に優れた金属とは?
金は最も延性に優れた金属です。ギネス世界記録によると、1 グラムの金は長さ 2.4 キロメートルのワイヤーに引き込むことができ、1 オンスの金は長さ 43 マイルのワイヤーに引き込むことができます。
プラチナ、銀、および銅は、他の非常に延性のある金属です。
延性のしくみ
金属は金属結合を形成するため、延性があります。これは、価電子に依存する金属特性の結果です。延性金属では、電子は非局在化し、原子間で共有されます。これにより、原子が互いにすり抜けます。
原子の電子殻の数とその元素の延性の間には関係があります。通常、電子殻の数が多いほど、要素の延性が高くなります。価電子も重要です。金、鉛、プラチナには 6 つの電子殻があります。 3 つの金属はすべて非常に高い延性を示します。鉄、亜鉛、マンガン、クロムはそれぞれ 4 つの電子殻を持ち、延性が低くなります。ベリリウムは延性ではなくもろく、2 つの電子殻を持っています。
延性を測定する 2 つの方法
延性を測定する一般的な方法は 2 つあります。伸び率と絞り率です。言い換えれば、1 つはワイヤーの長さを測定し、もう 1 つはワイヤーの細さを測定します。
伸び率 材料から引き出されたワイヤの長さの尺度です。最終的な長さと初期の長さを比較します:
パーセント伸び =(最終的な長さ – 初期の長さ)/初期の長さ x 100% =(lf – l0 )/lo ×100
面積の減少率 初期の厚さ (ゲージ) と最終的な厚さ (ゲージ) を比較することにより、ワイヤの断面が破断する前にどれだけ薄くなるかを比較します:
面積の減少率 =面積の変化/元の面積 x 100% =(Ao – Af )/Ao ×100
面積の減少率は、ワイヤの「首」の最小厚さを測定します。脆性材料はネッキングなしで壊れます。ほとんどの延性材料はネッキングを示します。一部の非常に延性のある材料は、壊れる前に細かい点まで引っ張られます。
延性に影響する要因
延性に影響を与える主な要因は、温度、結晶構造、および粒子サイズです。
固体は低温では脆く、高温では延性が高くなります。延性脆性遷移温度 (DBTT) は、材料が脆性破壊から延性破壊に変化する温度です。 DBTT より下では、通常は延性のある材料でさえもろくなります。
面心立方 (FCC) 構造は、他の結晶構造よりも広い温度範囲で延性があります。体心立方 (BCC) 材料は、高温でのみ延性があります。六方最密充填 (HCP) 構造は、多くの場合、広い温度範囲で脆くなります。
粒径が小さいほど、延性が高くなり、延性脆性遷移温度が低下する傾向があります。粒径が小さいということは、粒界で転位が発生するのに大きな応力がかかることを意味します。
粒度も可鍛性と相関します。延性のある金属は可鍛性がある傾向があります。
延性表
以下は、さまざまな要素の代表的な延性値です。一般に、金属は半金属よりも延性が高く、半金属は非金属よりも延性があります。
| 要素 | シンボル | 物理的な延性 |
|---|---|---|
| 完璧な延性 | — | 1 |
| ゴールド | Au | 0.93 |
| リード | Pb | 0.93 |
| ニオブ | いいえ | 0.82 |
| パラジウム | Pd | 0.80 |
| プラチナ | Pt | 0.76 |
| シルバー | Ag | 0.73 |
| バナジウム | V | 0.73 |
| スズ | Sn | 0.69 |
| アルミニウム | アル | 0.65 |
| 銅 | Cu | 0.62 |
| タンタル | Ta | 0.62 |
| チタン | Ti | 0.54 |
| ニッケル | Ni | 0.50 |
| コバルト | Co | 0.50 |
| マグネシウム | Mg | 0.43 |
| 鉄 | Fe | 0.43 |
| タングステン | W | 0.40 |
| 亜鉛 | Zn | 0.30 |
| マンガン | Mn | 0.23 |
| ウラン | U | 0.23 |
| シリコン | Si | 0.20 |
| プルトニウム | プー | 0.18 |
| クロム | Cr | 0.18 |
| カーボン | C | 0.16 |
| ベリリウム | Be | 0.00 |
| 完全なもろさ | — | 0 |
合金の延性は、組成やその他の要因によって異なります。炭素含有量が増加すると、鋼の延性が低下します。
延性に関するよくある質問
延性は物理的性質ですか、それとも化学的性質ですか?
延性は物質の物理的特性です。化学変化や反応を必要とせずに観察できます。
低温で金属がもろくなるのはなぜですか?
金属は、原子の運動エネルギーが少ないため、低温で脆くなります。基本的に、これにより、互いに滑りにくくなります。
延性が最も高い金属は?
受け入れられた答えは金です。金は、ギネス世界記録に最高の延性を記録しています。
どの金属が最も延性が高いかは、測定方法によって異なります。金属 1 グラムあたりまたは金属立方体あたりの延性を比較していますか?すべての実用的な目的のために、金は最も延性のある金属です。ただし、金は非常に密度が高いため、金の立方体からのワイヤーと別の金属の同じサイズの立方体からのワイヤーを比較すると、異なる答えが得られます。ある記事によると、プラチナは最も延性が高いとされていますが、それを描くには特別な技術が必要です。銀に埋め込まれて細いワイヤーに引き込まれ、銀が溶けてなくなります。
参考文献
- Budynas, Richard G. (2015). Shigley の機械工学設計 （第10版）。マグロウ・ヒル。 ISBN 978-0-07-339820-4.
- Dieter, G. (1986). 機械冶金 .マグロウヒル。 ISBN 978-0-07-016893-0。
- ラー、チェ。アクマル、ヌルル。 Trigueros、ソニア (2019)。 「Ag、Au、および Cu ナノワイヤの機械的特性の合成とモデリング」。 科学。技術。アドバンテージメーター . 20 (1):225–261. doi:10.1080/14686996.2019.1585145
- リッチ、ジャック C. (1988)。 彫刻の材料と方法 .クーリエ ドーバーの出版物。 ISBN 978-0-486-25742-6.
- Vaccaro, John (2002). 材料ハンドブック （第15版）。マグロウヒル教育。 ISBN 978-0071360760。
