材料の硬度、強度、靭性を理解する

硬度、強度、靭性は、金属やその他の材料に期待される主要かつ重要な特性の一部です。これらのプロパティの 1 つ以上によって、特定のアプリケーションでの適合性が決まります。今日、毎日のように、人々は会話の中で強い、タフ、ハードという言葉を使用する傾向がありますが、この言葉が冶金においてどれほど重要であるかを知りません.

今日は、金属の硬さ、強さ、靭性について学びます。また、それらの違いと、さまざまなアプリケーションでの重要性についても説明します。また、ストレスや緊張にも慣れることができます。

ストレスと緊張

応力は、物体に作用する力の尺度です。応力は、材料に対して作用する力の方向 (圧縮、引張、またはせん断) によって区別されます。圧縮応力は、物体を圧縮するために縦方向に作用する応力です。引張応力は正反対で、物体を膨張させるように作用します。ねじり応力は、反対方向に作用する力がねじれたり、ねじり荷重を提供したりする結果であるため、異なります。

一方、材料の歪みは、元の寸法に対して変形した程度の尺度です。たとえば、あらゆる方向から応力を受ける材料は、変形または完全な破損によって応力に反応することになります.

エンジニアと科学者は、さまざまなレベルの力を受けたときの材料の反応を予測することができました。これにより、脆性、延性、弾性、硬度、靭性、強度などの材料特性に基づいて材料を分類することも可能になりました。

硬度とは?

一般的に言えば、硬度は摩擦に耐える材料の能力です。それはよく知られており、耐摩耗性を使用しています。材料の硬度は、局部的な変形に対する耐性の尺度または能力です。ほとんどの場合、この変形は摩耗 (摩擦力) またはへこみ (一定の横方向の機械力) によって引き起こされます。

ダイヤモンドには硬度という独特の特徴があり、地球上で最も硬く、非常に傷がつきにくい物質として知られています。産業界やインフラでは、硬度が求められる重要な用途に使用されることはほとんどありません。ただし、先端がダイヤモンドのドリル ビットは非常に一般的であり、金属や固体岩の穴あけに使用されるハンドヘルド ドリル用のものなど、さまざまなサイズで入手できます。

原子レベルでは、硬度は分子間結合の強さによって決まります。いくつかのこともありますが。ただし、材料の硬度は、大きな力の適用に抵抗する責任はありません。たとえば、ダイヤモンドの硬度にもかかわらず、大ハンマーで簡単に砕くことができます。ここで硬度と靭性を区別できます。

タフネスとは?

靭性とは、材料が分解せずに吸収できる力の量を測定する能力です。金属、プラスチック、または木材などの素材は、破砕する前に一定量の力を受けることがあります。これは、素材が完全に破損することを意味します。

これにより、材料は弾性変形または分断せずに元の形状に戻る変形を受けることができます。分別する前に材料が変形する状況では、延性があります。これは、延性材料も強靭であると見なすことができるということです.

さらに、材料の靭性は、その延性と強度によって決まります。靭性の良い例は、金属と発泡体の靭性が等しいことです。これらの材料は、応力と歪みの点で挙動が大きく異なりますが、降伏点は似ています。

金属は、壊れる前に非常に小さな変形にしか耐えることができず、変形する前に大きな力を必要とする場合があります。一方、フォームは通常の圧縮力で変形しますが、金属と同じ量の力でしか壊れません。ゴムは、変形する前に十分な量の力に耐えるのに十分な強度を持ち、変形しても突然壊れないため、靭性の点で独特です。ゴムは強度と延性を兼ね備えた独特のタフな素材です。それでは、強さという用語を理解しましょう。

強さとは?

強度とは、材料が変形に抵抗するために保持できる力の量です。つまり、材料の形状を変えるのに必要な力が大きいほど、その材料は強くなります。金属、木材、ゴムなどの材料の上記の特性の中で、強度はおそらく最も複雑です。物体が塑性変形するまでにどれだけの力に耐えられるかの尺度とも言えます。また、回復不可能な歪みとしても知られる、不可逆的な変形を受けることもあります。つまり、塑性変形を受けた材料は、応力が除去された後でも元の形状に戻ることはありません.

例えば、鋼は引き離しにくく、強度が高いということです。しかし、あらゆる種類の形状にすばやく変形できるため、まったく強くありません。力はほとんどありません.

強度と靭性の違いは、靭性は材料が完全に壊れるのに必要な力を測定することです。強度は、材料が塑性変形に達するのに必要な力の量にすぎません。状況によっては、セラミックなどの非常に脆い材料のように、強度と靭性が実質的に重なるため、重要な役割を果たします。

ただし、材料の強度にはさまざまな種類があり、材料が経験できる種類の応力をもたらしました。したがって、材料は圧縮強度と引張強度の固有の値を持つことができます。これは、圧縮応力または引張応力に耐える材料の能力に依存します。さらに、すべての材料には独自のせん断強度があり、これは、滑り障害が発生する前にせん断応力に耐える能力を測定します。

硬さ、靭性、強度について詳しくは、ビデオをご覧ください:

それで、今日の大きな問題は「硬度、靭性、および強度の違い」です。

硬度、靭性、強度の違いは上記で説明しましたが、簡単に言うと、硬度は材料が摩擦に抵抗する能力であり、靭性は材料が分割せずに吸収できる力の量を測定する能力です。最後に、強度とは、材料が変形に抵抗するために保持できる力の量です。

結論

硬度、靭性、および強度は、さまざまな材料に見られる非常に異なる特性です。この記事では、応力と歪み、およびそれらが金属、木材、ゴムなどの材料にどのようにさまざまな特性をもたらすかについて調べました。最後に、硬度、靭性、および強度の違いについても調べました.

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