材料の脆さを理解する

応力下にあるとき、弾性変形がほとんどなく、塑性変形がほとんどまたはまったくない状態で亀裂が生じる場合、その材料は脆性であると言われます。もろい高強度の材料でさえ、壊れる前に吸収するエネルギーは比較的少ない傾向があります。何かが壊れると、大きなパチンという音が頻繁に発生します。

通常、材料研究で使用される場合、破損前の塑性変形がほとんどまたはまったくない場合に破損する材料に使用されます。破砕された破片は、塑性変形していないため、完全にはめ込まれているはずです。これは、これを検証する 1 つの方法です。

この記事では、次の質問について説明します。

• もろさとは何ですか?
• さまざまな素材のもろさ
• 材料はどのように脆くなるのですか?
• もろさに対する圧力の影響は何ですか?

脆性とは?

「脆性」という用語は、材料が応力下で壊れる傾向があるが、そうする前にわずかに変形するだけであるということを指します。高い圧縮強度と低い引張強度は脆性材料の特性であり、変形が少なく、負荷の衝撃と振動に対する耐性が低く、圧縮強度が高い.非金属無機材料の大部分は壊れやすいです。

応力下にあるとき、弾性変形がほとんどなく、塑性変形がほとんどまたはまったくない状態で亀裂が生じる場合、その材料は脆性であると言われます。もろい高強度の材料でさえ、壊れる前に吸収するエネルギーは比較的少ない傾向があります。何かが壊れると、大きなパチンという音が頻繁に発生します。

通常、材料研究で使用される場合、破損前の塑性変形がほとんどまたはまったくない場合に破損する材料に使用されます。破砕された破片は、塑性変形していないため、完全にはめ込まれているはずです。これは、これを検証する 1 つの方法です。

ガラス転移温度 (Tg) または延性から脆性への転移温度 (DBTT) として知られるしきい値温度を下回ると、金属やポリマーは脆くなります。特に体に力がかかっている場合、この急速な変化は悲惨です。破壊の成長は、分子粒子または粒子境界を通過する加えられた力に直交することが観察されています。

この場合、温度が材料の分子構造に影響を与え、柔軟性を維持できなくなり、材料の破損につながります。一般に、すべての材料は限界を超えると最終的に破損しますが、脆性とは、形状やサイズが変化する前に材料が破損する傾向を指します。

脆性材料の破損は、材料の表面に作用する応力と、材料の融点を下回る周囲温度の 2 つの状況で発生します。

さまざまな素材のもろさ

以下は脆性のレベルを持つ材料です:

ポリマー

ポリマーの機械的特性は、室温に近い温度で変動しやすくなります。たとえば、ポリ (メタクリル酸メチル) は 4 °C では非常に脆いですが、温度が上昇すると延性が増します。

非晶性ポリマーは、温度変化に異なる反応を示すポリマーです。低温ではガラスのように振る舞い（ガラスゾーン）、中間温度ではゴム状の固体のように振る舞い（革またはガラス遷移領域）、高温では粘性液体のように振る舞います（ゴム状ゾーン）。流れと粘性流領域)

粘弾性挙動は、このアクションに付けられた名前です。アモルファスポリマーは、ガラスゾーンでは硬くてもろくなります。ポリマーは、温度が上昇するにつれて脆くなります。

金属

すべり系のため、一部の金属は脆い性質を示します。これらの滑りシステムのいくつかは塑性変形を受ける可能性があるため、金属は滑りシステムが多いほど脆くなりません。一方、滑り系が少ないと塑性変形が少なくなるため、金属はよりもろくなります。たとえば、HCP (六方最密充填) 金属は脆いことが多く、アクティブなスリップ システムはほとんどありません。

セラミック

転位の動きや滑りが難しいため、セラミックは一般的に脆いです。結晶性セラミックスのスリップ システムの数は限られているため、変形が困難になり、セラミックスの脆さが増します。

イオン結合は通常、セラミック材料に存在します。イオンの電荷と、同様の電荷を持つ他のイオンへのそれらの引力の結果として、スリップはさらに制限されます。

材料はどのように脆くなるのですか?

強化することで、材料をより脆くしたり、より脆くしたりできます。材料が強度の限界に達すると、通常、変形または破壊という 2 つの選択肢があります。塑性変形のメカニズムを防ぐことで、もともとしなやかな金属をより強くすることができますが、これが極端に行われると、破損しやすくなり、材料が脆くなる可能性があります。したがって、材料の靭性を高めるには、慎重なバランスが必要です。

ガラスやその他の壊れやすい材料を効率的に強化できます。これらの方法の大部分は、2 つのメカニズムのいずれかを使用します:破砕先端が広がる際に偏向または吸収するか、特定の既知の発生源からクラックを閉じるように駆動する正確に調整された残留応力を生成します。

合わせガラスは、ポリビニル ブチラール中間膜で区切られた 2 枚のガラスで構成されており、最初の原理を使用しています。粘弾性ポリマーとして、ポリビニルブチラールが拡大するクラックを吸収します。強化ガラスとプレストレスト コンクリートはどちらも 2 番目の手法を採用しています。

Prince Rupert’s Drop は、ガラス強化の例を示しています。 HIPS としても知られる耐衝撃性ポリスチレンは、金属粒子を組み込んでサンプルに圧力がかかったときにクレーズを発生させることで、もろいポリマーをより丈夫にする方法の良い例です。炭化ケイ素と変態強化ジルコニアは、最も壊れにくい構造用セラミックです。

例えば、脆弱なガラス繊維が延性のあるマトリックス状のポリエステル樹脂に組み込まれている複合材料は、明確な哲学を採用しています。ガラスとマトリックスの界面では、張力がかかるとクラックが発生しますが、非常に多くのクラックがあるため、多くのエネルギーが吸収され、材料の耐久性が向上します.金属マトリックス複合材料は、同じ基本的な考え方を使用して作られています.

もろさに対する圧力の影響は何ですか?

一般に、圧力は材料の脆性強度を上げるために使用できます。これは、たとえば、地殻の深さ約 10 キロメートル (6.2 マイル) にある脆性 - 延性遷移帯で発生します。ここでは、岩石が延性的に曲がる可能性が高く、破砕しにくいです。

よくある質問

もろさとその例とは?

脆性材料は、弾性限界を超えて歪んだ後、小さな可塑性ゾーンがあるため、ほぼ急速に破壊または破裂に向かって崩壊し始めます。脆性材料には、骨、鋳鉄、磁器、コンクリートなどがあります。

延性と脆性とは?

脆性とは、材料が引張り圧力下で塑性的に曲がるのではなく、破壊または破損する傾向を指すのに対し、延性とは固体材料がそうする能力を指します。

もろさの種類は何ですか?

粒内破壊と粒間破壊は、脆性破壊の 2 つの主な形態です。

もろさは金属の特性ですか?

多くの場合、セラミック、ガラス、および冷たい金属は、脆性材料の大部分を占めています。金属の脆性は、延性材料が脆くなる限界冷却温度を特定するのに役立ちます。

脆性材料とは?

ガラス、セラミック、グラファイト、および可塑性が非常に低い一部の合金は、脆性材料の例です。これらの材料では、亀裂は塑性変形なしで始まり、すぐに脆性破壊に進行する可能性があります。

まとめ

もろさは、プロジェクトの材料を選択する際に考慮すべき重要な特性です。これは、材料が応力下で破断する傾向を指しますが、そうする前にわずかに変形するだけです.高い圧縮強度と低い引張強度は、脆性材料の特徴であり、変形が少なく、負荷の衝撃と振動に対する耐性が低く、圧縮強度が高い.

この記事は以上で、次の質問に対する回答が提供されます。

• もろさとは何ですか?
• さまざまな素材のもろさ
• 材料はどのように脆くなるのですか?
• もろさに対する圧力の影響は何ですか?

読書から多くのことを学べることを願っています。もしそうなら、親切に他の人と共有してください。読んでくれてありがとう。また会いましょう!