延性とは：定義、測定方法、影響因子、実用上の意義を解説
延性とは
延性とは、材料が応力を受けた際に永久変形（伸び、曲がり、広がり）を生じる能力のことです。一般的な鋼材の多くは延性が高く、局所的な応力集中を緩和できます。
一方、ガラスのような脆性材料は延性を欠くため応力集中を緩和できず、容易に破断します。材料試験片に応力をかけると、最初は弾性変形（弾性参照）を示しますが、ある変形量（弾性限界）を超えると永久変形（塑性変形）に移行します。
材料科学では、延性は「材料が引張応力下で破断するまで塑性変形を持続できる度合い」と定義されます。
延性は工学・製造において重要な考慮事項であり、材料の特定製造工程（冷間加工など）への適性や、機械的過負荷を吸収する能力を規定します。一般に延性が高い材料として金、銅などが挙げられます。
展性は類似の機械的特性で、材料が圧縮応力下で破断せずに塑性変形する能力を指します。歴史的には、ハンマー鍛造や圧延により成形可能な材料を展性があると見なしてきました。鉛は比較的展性が高いが延性は低い材料の例です。
延性材料の例
ほとんどの金属は延性材料の好例です。金、銀、銅、エルビウム、テルビウム、サマリウム、アルミニウム、鋼などは高延性を示します。一方、タングステンや高炭素鋼は延性が低い金属です。非金属は一般に延性を持ちません。
延性の測定方法
延性は「金属が破断せずに変形する能力」です。破断せずに別形状へ成形・プレスできる金属を延性があるといい、破断するものは脆性（延性の対極）と分類されます。
延性は成形性に大きく関わります。過度に脆性な金属は成形できません。例えば金属を細線に引き伸ばす場合、ある程度の延性が不可欠です。延性が不足すれば、伸び始めると即座に破断します。
延性は構造物の安全性にも直結します。延性があれば構造物は重荷重下である程度曲がり変形しても破断しません。
主な測定指標は以下の2つです：
- 伸び率（百分率伸び）： 引張試験で破断まで引き伸ばした際の、元の長さに対する変形長さの割合。
- 絞り率（断面収縮率）： 引張試験による破断後の試験片、最も絞られた断面積の減少割合。
延性は温度依存性があるため、使用環境温度を考慮する必要があります。多くの金属には延性-脆性転移温度チャートがあり、これが参考になります。
延性を示す主な金属
- アルミニウム
- 黄銅（真鍮）
- 銅
- 低炭素鋼
- 金
- 銀
- スズ
- 鉛
脆性金属には鋳鉄、クロム、タングステンなどがあります。高延性を必要とする用途例：金属ケーブル、プレス加工品、構造用梁。
材料科学的観点
金は極めて延性が高く、単原子ワイヤーまで引き伸ばせ、さらに伸ばしてから破断します。
延性は金属加工において極めて重要です。応力で割れたり砕けたりする材料は、鍛造、圧延、引抜き、押出しなどの金属成形プロセスで加工できません。展性材料はスタンピングやプレスで冷間成形可能ですが、脆性材料は鋳造や熱成形が必要です。
高延性は金属結合に由来し、これが金属に広く見られる理由です。金属結合では価電子が非局在化し、多数の原子間で共有されます。この非局在化電子により、金属原子同士が強い斥力を受けずに滑り移動できるため、他材料のように粉砕されません。
鋼の延性は合金組成により変化します。炭素量増加は延性を低下させます。多くのプラスチックやアモルファス固体（粘土など）も展性を持ちます。最も延性が高い金属は白金、最も展性が高いのは金です。
高度に引き伸ばされたこれら金属は、転位の形成・再配向・移動、結晶双晶の生成により、顕著な加工硬化なしに変形します。
金属の延性に影響を与える因子
延性は、組成、結晶粒度、細胞構造などの内因的因子と、静水圧、温度、先行塑性変形などの外因的因子の双方から影響を受けます。
重要な知見：
- 結晶構造： FCC（面心立方）およびBCC（体心立方）構造の金属は、HCP（六方最密充填）構造の金属より高温で高延性を示す。
- 結晶粒度： 粒度が数ミクロンオーダーで極めて微細な場合、多くの合金で超塑性挙動を示す。
- 酸素含有量： 高酸素鋼は延性が低い。
- 不純物の影響： ごく微量の不純物でも延性に大きく影響する合金がある。硫黄0.018%という微量でも、炭素鋼の延性を1040℃付近で劇的に低下させる。しかしMn含有量が高ければ改善可能。実はMn/S比が1040℃における炭素鋼の延性を制御する。この比が2なら伸び率12〜15%、14なら110%に達する。
- 温度： 延性と成形性に最大の影響を与える因子。一般に温度上昇で延性向上するが、相変態や微細組織変化により特定温度で延性が低下することもある。ステンレス鋼では1050℃で低延性、1350℃で最大となり、熱間加工温度範囲が非常に狭い。
- 静水圧： 静水圧は延性を増大させる（ブリッジマンが初報告）。ねじり試験ではねじり角増加に伴い試験片長さが減少する。ねじり試験中に軸方向圧縮応力を重畳させると延性が高まり、軸方向引張応力を加えるとさらに低下する。
よくある質問（FAQ）
延性とは？
材料が応力に応答して永久変形（伸び、曲がり、広がり）を生じる能力。一般的な鋼材は延性が高く、局所応力集中を緩和できる。
延性の例は？
材料を薄く叩き延べたりワイヤーに引き伸ばしたりできる物理的特性。延性物質はワイヤーにできる。例：金、銀、銅、エルビウム、テルビウム、サマリウムなど多くの金属。
展性と延性の違いは？
展性：ハンマーで薄板に成形しやすい性質。金が最も展性が高い。延性：固体材料が引張応力下で変形する能力。
なぜ延性は金属の特性なのか？
高延性は金属結合に由来し、これが金属に広く見られる理由。金属結合では価電子が非局在化し多数原子間で共有される。
延性を一言で言うと？
材料が破断せずに引き伸ばされたり塑性変形したりする能力。つまり材料がいかに「軟らかい」か「展性があるか」の指標。
日常生活での延性の利用例は？
| 金属の特性 | 日常生活での用途 |
| 延性 | 電線、ケーブル類 |
| 展性 | アルミニウム線 |
| 熱伝導性 | 調理器具、電子レンジ、電気アイロン、ヘアアイロン、電気ベルト |
| 電気伝導性 | 電球、蛍光灯、ランプ、冷蔵庫、テレビ |
| 共鳴性 | シンバル、ドアベル |
延性を高めるには？
加熱速度、保持/冷却速度を調整して所望の延性改善を図る。鋼ではこの手法を焼鈍（アニーリング）と呼ぶ。マグネシウム合金の変形研究では、結晶粒微細化が延性向上に有効と考えられる。
延性のプロセスとは？
延性は、この種のひずみの結果として金属に生じる塑性変形。「延性的」とは文字通り、金属物質が弱くなったり脆くなったりすることなく細線に引き伸ばせることを意味する。
延性とはどのような能力か？
材料が破断せずに引き伸ばされたり塑性変形したりする能力。材料がいかに「軟らかい」か「展性があるか」の指標。なお、鋼の延性は合金元素の種類と量により変化する。
延性に影響する因子は？
内因的因子（組成、結晶粒度、細胞構造等）と外因的因子（静水圧、温度、先行塑性変形等）の双方。
なぜ冷間加工で延性が増すのか？
冷間加工では転位密度が加工前より増加する。転位密度増加は降伏強度・引張強度を上昇させるが、延性は低下する。（※原文「増加」は誤り。正しくは低下）
延性の反対語は？
脆性。脆性材料に応力をかけて破壊すると、しばしば大きな音を立てて破断する。
延性とは？なぜ重要？
構造物がある程度曲がり変形しても破断しないことを可能にする。金属ケーブルや構造梁などの用途で高延性は極めて重要。金、銀、白金、多くのアルミニウム合金が延性金属。
変位延性とは？
変位延性要求度（μΔ）は、ピーク非線形変位と降伏変位の比で定義される。考慮する地盤動により大きく変動するが、多数の地盤動から得られる平均値は明確な傾向を示す。
なぜ構造物に延性が重要か？
建築構造物の延性は、地震や強風時に一定のエネルギー吸収能力と変形能力を確保し、突発的な脆性破壊を回避するために必要。
熱間加工は延性を高めるか？
熱間加工は微細な球状晶粒組織に再構築することで工学的特性を改善する。これら晶粒は強度、延性、靭性を向上させる。
なぜ低温で延性が低下するか？
冷間圧延では晶粒が圧延方向に延長される。これが加工硬化により強度を高めるが延性を低下させる。冷間加工率（厚さ減少率）が高いほど延性は低下。晶粒が一方向に延長されるため優先配向が生じる。
延性は引張部材の強度にどう影響するか？
延性低下は部材強度を低下させる傾向がある。延性向上は応力集中の塑性再分布を断面全体で可能にし、正味断面強度を高める傾向がある。
展性と延性の関係は？
主な違い：延性は金属をワイヤーに引き伸ばす能力、展性は金属を薄板に叩き延べる能力。延性は引張応力、展性は圧縮応力に関わる。
延性は強度的性質か広延的性質か？
色、伝導率、融点、延性、圧力、凝固点、密度、沸点、臭気、光沢、硬度などは強度的性質（集約的性質）の例。質量、体積、重量、長さは広延的性質の例。
金属