いまさら聞けない基礎用語【エ】#009 延性(と脆性・靭性・展性)

公開日時:2022/05/25

延性 Ductility

みなさん、こんにちは。基礎用語、案内役のあるるです。
今回注目する基礎用語は、コチラ!
↓↓↓
今月の基礎用語:エ #009

延性(えんせい) Ductility

 

そしてセットで覚えておきたい、こちらの3つの用語も一緒に解説しちゃいます♪

 

脆性(ぜいせい)Brittle

靭性(じんせい)Toughness

展性(てんせい)Extility

 

 

あるる「はーい、みなさん、準備は良いですかー? 基礎用語の時間ですよ〜」

あるる「うぉほん(コホコホ)。ものづくりにおいては、材料の性質をしっかりと理解することが大切だと、博士に教えてもらいました。『◯◯性』という用語はいろんな場面で出てくるので(材料力学的な話に多く出現)、しっかり復習したいと思いまーす。」

博士「おお、あるる。なんだか今日はいつもよりしっかりしておるなぁ。何かあったのか?」

あるる「はい? いつも通りですが、何か?(キリっ)」

博士「おお、そうか。すまんすまん」

あるる「今日は、ちょっとわかりづらいと言われている4つの言葉を説明します。『えんせい』『ぜいせい』『じんせい』『てんせい』でーす」

博士「おお、4つも! 気合い入っておるなぁ〜。して、あるるよ、4つとも正しい漢字は書けるのじゃろうな?」

あるる「もちろんです! 『遠征』『税制』『人生』『転生』でしょ♪(ニヤっ)」

博士「ふぉっふぉっふぉっ。ものの見事に間違えおって(笑)『遠征』違いに『税制』違いじゃ。おや? 以前にもこんな場面があったような・・・」

あるる「あ、いいからいいから、今は思い出さなくても大丈夫です。では、説明、行きますよ〜♪」

延性と脆性(えんせいとぜいせい)

多くの金属は大きな変形を伴って破壊します。
この破壊するまで伸びる性質延性(えんせい)であり、この破壊を延性破壊と呼びます。

ただし、亀裂が入った材料を、亀裂が進展する方向に荷重を掛けた時の微小部分の延性は上記の場合とは異なります。

亀裂の微小部分の延性が小さい材料は、ガラスのようにほとんど変形することなく破壊する事があり、

このもろさを脆性(ぜいせい)と呼びます。

 

ガラスはガラスカッターで傷を付けたところで簡単に割れることから、容易に理解できると思います。通常は塑性変形する金属材料でも、低温の場合に脆性破壊する事があります。

 

脆性破壊を起こした破面は平滑であることが特徴で、延性と脆性の違いを感覚的な言葉で表現すると、
“延性破壊はちぎれる”、“脆性破壊は割れる”という感じでしょうか。

延性破壊はちぎれる、脆性破壊は割れる

靭性

次に靭性(じんせい)ですが、一般的には脆性はもろさ、靭性は粘り強さという概念がありますが、靭性は延性とは異なります。

 

脆性破壊を起こすために多くのエネルギーを必要とする材料を、靭性が高いというので、脆性破壊に必要な破壊エネルギーの程度で靭性を表します。

 

この靭性の評価のために、一般的に「シャルピー振り子式衝撃試験」という方法が使われているので、衝撃に対する強さと思いがちですが、あくまでも亀裂が進展することに対する粘り強さであり、近年では「脆性亀裂伝播停止靱性試験法」という評価方法もあるようです。

 

引張強さが大きな材料でも、靭性が低いと脆性破壊という思わぬ事故を招く可能性もあります。

 

強さというのは色々な観点で評価する必要があり、本当に奥の深いものです。

延性と展性(てんせい)

延性に、似た性質として展性(てんせい)があります。

両方とも弾性限度を越えて変形する性質であり、延性は前回お話しした通り引張りによって伸びる性質です。
これに対して展性は、圧縮によって伸びる性質です。

 

延性で加工された代表的なものは針金で、展性で加工されたものは金箔といえば解り易いかと思います。

延性と展性の違い

どちらも「伸びる性質」なので、同じように思えますが、必ずしもそうではありません。金は展性、延性ともに金属の中で最も優れており、鉛は展性には優れているのに延性は劣る(引っ張るとちぎれる)という具合に、まったく別の性質です。

 

金属は硬いというイメージがありますが、このように形が変わっても分解しないという軟らかさを併せ持っているのです。

 

これは金属結合に秘密があるのですが、金属結合についてはまた別の機会に解説します。

博士「あるるよ、思い出したぞ。『遠征』『税制』、そして『人生』・・・(ニヤッ)」

あるる「正義の味方、5セイジャー!\(^o^)/ あの時は博士から座布団10枚もらったんですよね♪」

博士「おお、そうそう、それジャー!!(なんつって)」

あるる「あはは、博士、冴えてます!」

博士「その後『展性』の説明をしたら『6セイジャーになっちゃうじゃないですか〜』と、あるるが言いおった(笑)懐かしいのぅ〜」

あるる「だって、5セイジャーで決まった!と思ったのに後出しするから・・・」

博士「ふぉっふぉっふぉっ。でも、そんなやり取りのおかげで、こんなにしっかり覚えていてくれて、うれしいぞ! よく頑張ったな、あるる!」

あるる「やったー\(^o^)/ 博士に褒めてもらっちゃった♪ 今回出てこなかった『弾性』と『塑性』については、語ることが多いので、また別の機会にしっかり説明させていただきます!」

 

正義の味方「5セイジャー」改め「6セイジャー」!\(^o^)/!

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