材料力学 · 2024-02-09

延性と脆性の違い：意味、材料の例、応力–ひずみ曲線

この記事はAIの支援を受けて原文を翻訳したものです。専門用語や数式は原文とあわせて確認してください。

延性と脆性の違いは、破壊前の塑性変形の大きさです。 延性材料は破断前に比較的大きな永久変形を示し、脆性材料は塑性変形が少ない状態で壊れる場合があります。応力–ひずみ曲線では、降伏の有無と、破断までの塑性変形区間をあわせて確認します。

延性・脆性の違いを一覧で確認

上の表は概念を比較したものです。実際の挙動は、温度、ひずみ速度、欠陥、組成・熱処理、試験条件によって変わります。

延性とは、引張荷重を受ける材料が、破壊前に塑性変形できる能力です。金属線を引き伸ばす伸線や、金属棒を曲げる作業で重要な性質です。引張試験では、破断後の伸びと絞りを使って評価します。

室温の銅と低炭素鋼は、延性挙動を説明するときによく使われる例です。ただし、材料名だけで延性を確定することはできません。同じ鋼でも、組成、熱処理、温度、負荷速度によって挙動が変わります。

脆性とは、破壊前に塑性変形が少ない性質です。ガラスやセラミックスが代表例で、一部の鋳鉄や金属も特定の条件で脆性挙動を示す場合があります。脆性材料も、破壊前に弾性変形は生じ得ます。

脆性を低強度と同じ意味で解釈してはいけません。高い応力に耐えても、破壊前の塑性変形が少なければ脆性挙動を示す場合があります。強度の数値は材料の欠陥、形状、試験条件に大きく左右されるため、出典のない代表値を使って設計しません。

延性材料は、降伏後から破断までの塑性変形区間が比較的長く現れます。脆性材料は、明確な降伏や長い塑性変形区間がないまま破壊する場合があります。したがって、「降伏直後に壊れる材料はすべて脆性」と断定するより、破断前の塑性変形の大きさを確認すべきです。

既存の比較図は概念の説明用です。特定の材料の実際の試験値や、すべての材料に共通する曲線として解釈しません。

本文の理解を助けるために制作したオリジナルイラストです。