アルミニウム延性の長所と短所

材料の延性とは、材料が壊れるまで大量の非弾性変形を受ける能力を指します。これは通常、あらゆる素材の柔らかい特性と見なされます。しかし実際には、アルミニウムなどの延性材料は、あらゆる構造用途で重要な役割を果たしています。高層ビルや超高層ビルで最も一般的に使用される材料の 1 つであるアルミニウムは、優れた延性を備えています。ただし、その延性は、受けた熱処理と追加された合金材料によって異なります。

以下では、最初に構造用途における延性の重要性を詳述し、次にアルミニウムの延性の長所と短所を探ります.

構造用途における延性の重要性

変形性と延性は、横方向の強度を定義する材料の 2 つの主要な特性です。延性に優れた材料は、崩壊する前に大きな伸びを受ける可能性があります。

延性をよりよく理解するために、以下に示す材料の応力-ひずみグラフを見てみましょう:

ここで、降伏強度は、材料が変形を開始する前に特定の荷重に耐えることができるポイントを表します。この時点までは、ゴムと同じように、負荷が取り除かれると元の形状に戻ることができます.

降伏点を超えて荷重を増やすと、材料は塑性変形を示します。つまり、材料には永久的な変形がありますが、荷重が曲線の最終強度点に達するまで壊れません。その点を超えると、材料は完全に分解する前に破裂します。

降伏強度と極限強度の間のフェーズは、材料の延性を表します。材料の延性は、以下に示すように、延性比または延性係数で測定されます。

理想的には、値は 4 から 5 の間である必要があります。

延性が高い材料の場合、これらの 2 点は互いに非常に離れているため、材料は崩壊する前に大きな塑性変形を受ける可能性があります。ただし、脆性材料の場合は逆です。

異なる金属は異なる延性を持っています。金や銀などの材料は延性が高いため、細い線に引き伸ばすことができます。一方、タングステンカーバイドと鋳鉄は非常に脆いです。では、アルミニウムの延性について説明しましょう。

アルミニウム延性の利点

純粋なアルミニウムは本来延性があります。ただし、アルミニウムにはさまざまなグレードがあります。余分な元素の添加と熱処理の種類が延性に影響します。

次の表は、一般的に使用されるいくつかの鋼合金と比較した、一般的に使用されるいくつかのアルミニウム合金の延性を示しています。

合金	熱処理	破断伸び (77°F)
アルミニウム 3003	O (アニール)	40%
	H14 (ひずみ硬化)	16%
アルミニウム 5052	O	30%
	H32	18%
アルミニウム 6061	O	30%
	T6	17%
AISI 4140 スチール	油焼入れ	15%
AISI 4340 スチール	正規化	12%
AISI 6150 スチール	油焼入れ	14%

明らかに、すべての形態のアルミニウムは鋼よりも延性が優れています。その後の熱処理により、アルミニウムはより高い強度を達成しますが、延性が犠牲になります.それにもかかわらず、アルミニウムの延性は、構造用途に不可欠な利点を提供します.

予期しない過負荷が発生した場合、脆い構造 (鋼のみで構成されている) は突然崩壊しますが、延性構造 (鋼 + アルミニウム) は制御された崩壊を起こします。ビームまたはサスペンションケーブルを介して鉄構造に延性を追加すると、全体としてその最大の可能性が高まります。したがって、地震の際、突然倒壊するのではなく、制御された方法で屈服します。これは、生命を脅かす状況にある人々に逃げるための十分な時間を与えるため、命を救うことができます.これが、アルミニウムのような延性材料が地震の多い地域で主要な構造要素として使用される理由です.

アルミニウム延性の欠点

アルミニウムは融点が低く比較的柔らかい素材であるため、機械加工がやや難しい場合があります。合金元素によっては、工具とワークピース間の摩擦によって発生する熱により、アルミニウムが溶けることがあります。その結果、粘着性のチップがブレードの周りに蓄積し始め、パスごとにツールに抵抗を与える可能性があります.十分な量の材料が蓄積すると、ブレードがアルミニウムをつかみ、機械工が怪我をする可能性があります。アルミニウムは柔らかく研磨性があるため、カッティング ブレードもすぐに摩耗する可能性があり、新しいツールを購入する必要があるため、多大なコストがかかる可能性があります。

ジョブに適した切断ツールを選択し、ベスト プラクティスに従って材料の損失を最小限に抑えてより高速に切断することが重要です。産業グレードの鋸引き機器と適切な刃 (非鉄/炭化物先端の木材) がなければ、アルミニウムのような延性材料をきれいに切断することは不可能です。

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