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延性と脆性

1850
材料科学研究所において、延性と脆性を評価するための金属試料の引張試験。.

(画像はイメージです)

延性とは、材料が破断する前に大きな塑性変形を起こす能力を示す指標であり、多くの場合、伸び率または断面積減少率で定量化されます。鋼鉄などの延性材料は、応力-ひずみ曲線上に長い塑性領域を示します。脆性はその逆で、セラミックや鋳鉄などの脆性材料は、ほとんどまたは全く塑性変形を起こさずに破断します。

延性挙動と脆性挙動の区別は、応力-ひずみ曲線上で明確に確認できます。延性材料は、応力-ひずみ曲線の後に顕著なひずみを示します。 降伏点 そして、破壊点の前に。降伏後の曲線下のこの大きな面積は、材料が破壊する前に大量のエネルギーを吸収できることを示しています。この特性は、多くの工学用途における安全性にとって重要です。延性破壊は、完全な崩壊の前に目に見える警告(例えば、曲げや伸び)を提供するからです。延性の主要な尺度は、伸び率 [latex](frac{L_f – L_0}{L_0}) times 100[/latex] と面積減少率 [latex](frac{A_0 – A_f}{A_0}) times 100[/latex] です。ここで、添え字 ‘f’ は、破壊時の最終寸法を表します。

逆に、脆性材料は弾性限界を超えるとほとんど歪みが生じません。破壊応力はしばしば極限引張強度に近く、破壊は突然、何の予兆もなく発生します。セラミックス、ガラス、および一部のポリマーは典型的な例です。材料の挙動は外部条件にも左右されます。例えば、室温で延性を示す多くの鋼は、低温では延性から脆性への遷移を起こします。この現象は、第二次世界大戦中のリバティ船のように、壊滅的な破壊を引き起こしたことがあります。

UNESCO Nomenclature: 3322
材料科学

タイプ

材料特性

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 材料特性を制御するための焼鈍および焼き戻しの冶金学的処理
  • 初期の工学構造物における材料破壊モードの観察
  • 引張試験を標準的な特性評価方法として開発する

アプリケーション

  • 成形を必要とする用途(例:自動車ボディ)に適した材料の選定
  • 構造物の破壊が、壊滅的な(脆性破壊)のではなく、段階的な(延性破壊)ものとなるように設計する。
  • 線引き加工および金属押出加工
  • 低温下での材料性能の評価。低温下では多くの材料が脆くなる。

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • development of ductile iron to replace brittle cast iron
  • toughened ceramics with engineered microstructures to increase ductility
  • design of earthquake-resistant buildings that rely on the ductility of steel reinforcement
  • polymer blending to create impact-resistant plastics
  • control of grain size in metals to optimize the balance between strength and ductility
  • fracture mechanics analysis to predict the failure of structures containing cracks
  • development of bulk metallic glasses with improved ductility
  • design of safety-critical components like pressure vessels and aircraft fuselages
  • flexible electronic devices built on ductile substrates
  • biomimetic materials that mimic the ductile-brittle hierarchies of natural materials like bone
関連用語:延性、脆性、塑性変形、破壊、伸び、断面積減少、延性破壊、脆性破壊、材料挙動、応力-ひずみ曲線。

歴史的背景

延性と脆性

1788
1834
1850
1850
1850
1850
1867
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850
1860
1870

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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