材料の降伏強度は、材料が弾性を失い、永久に可塑性になる点です。この遷移が発生する応力の大きさは、材料の降伏応力または強度として知られています。
材料がしなやかであるか頑固であるかは、降伏強度と呼ばれるものによって識別できます。材料が弾性を失い、永久に可塑性になる点、つまり材料が降伏する点を降伏点と呼びます。
エンジニアにとって、新しいプロジェクトに取り組む前に、材料の特性を徹底的に研究することは絶対に必要です。ブルックリン橋を建設しているエンジニアが恥知らずに無知で、鉄の代わりにプラスチックやレンガを使用していたら、恐ろしい結果を想像してみてください.一方、今日のおもちゃのほとんどがスチール製で、プラスチックほどしなやかなものでなかったとしたら、私たちが大好きな最も風変わりな形に成形することは不可能だったでしょう.
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材料がしなやかであるか頑固であるかは、降伏強度と呼ばれるものによって識別できます。
応力-ひずみグラフ
材料の強度は、材料の両端から容赦なく引っ張る引張試験によって決定されます。機械が受ける応力とその結果受けるひずみとの関係は、応力-ひずみ曲線と呼ばれるグラフで表すことができます。
グラフについては、以前の記事で詳しく説明しました。こちらをご覧ください。 .ただし、これは短期集中コースになります。
応力-ひずみ曲線。
最初は、素材は、たとえスチールであっても、伸ばされるとゴムのように振る舞います。弾性限界内にある場合、応力によって引き起こされた歪みは可逆的です。はい、材料は伸びますが、応力が解放されると、元の長さを保持します。ただし、この弾力性は永続的ではありません。過度の応力は材料を永久に変形させます。
実際、より大きな応力を加えると、変形に沿って「ネック」と呼ばれるものが形成されます。首は、スライスとピザの残りの部分をかろうじて保持しているチーズのロープに似ています.さらに大きな応力がかかるとネックも破損します — 材料は最終的に応力に屈し、悲惨な破損や骨折を被ります.
くびれと骨折。
降伏強さ
素材はそれぞれ特徴的な応力-ひずみ曲線を描いており、これにより、その用途に適した用途を判断することができます。各材料の曲線は、弾性から可塑性へ、そして最終的に破損へと移行するさまざまなポイントを示しています。
材料が弾性を失い、永久に可塑性になる点、つまり材料が降伏する点を降伏点と呼びます。この遷移が発生する応力の大きさは、材料の降伏応力または強度として知られています。降伏強度は、弾性挙動の限界を表す材料定数です。鉄のような延性材料は、ポリエチレンなどのプラスチックよりも高い耐力値を誇っています。
非常に厳しい応力は永久変形を引き起こす可能性があります。
鉄のような延性材料は、その原子が「壊れる」ために永久に変形するのではなく、加えられる応力がその格子エネルギーを克服し、材料の剛体構造を乱すのに十分説得力があるためです。結晶から原子を文字通り移動させるだけで十分です。この現象は結晶転位と呼ばれます。
プラスチックは、延性材料よりも容易に転位に屈するため、より容易に変形します。また、降伏応力の概念がまったくない脆性材料もあります。これらの材料は、その名前が示すように、降伏応力よりも大きな応力を受けると、弾性から可塑性への移行をまったく受けず、代わりに直接壊れます。
さまざまな種類の材料の応力-ひずみ曲線。
最後に、材料の降伏強さは本質的に張力に対する耐性を決定するため、エンジニアはそれを高めるための巧妙な方法を考案する必要があることに気付きました。これを行う 1 つの方法は、材料に不純物を追加することです。密度が高くなると、結晶転位の後に残った空隙を不純物が埋めることができるため、材料の変形に対する耐性が高まります。さまざまな種類の不純物を鉄に供給することによって作成される鋼のような合金は、そのような操作の最良の例です.
より大きな降伏応力を達成する別の方法は、より低い温度で材料を操作することです。熱エネルギーが原子を激しく揺らして変位させるので、より高い温度は応力に追加されます。したがって、作業の半分がすでに完了しているため、転位と永久変形を引き起こすために材料の元の降伏応力が必要とするよりも、外部応力に必要なエネルギーはさらに少なくなります。鉄が熱いうちに打たなければならない理由が他にあると思いますか?
