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機械的性質

索引 機械的性質

材料の機械的性質(きかいてきせいしつ、mechanical property of material)または機械特性(きかいとくせい)とは、材料が持つ連続体としての力学的特性の総称である。 材料力学・材料強度学などにおいて、材料がその種類の違いにより引張り・圧縮・せん断などの外力に対してどの程度の耐久性を持つかなどの諸性質である。材料加工のしやすさ、加工された工業製品の耐久性などの尺度となる。.

35 関係: ひずみせん断せん断応力塑性外力展延性工業製品強度弾性引張り応力応力-ひずみ曲線応力緩和圧縮モース硬度ロックウェル硬さヌープ硬度ブリネル硬さビッカース硬さアイゾット衝撃試験クリープシャルピー衝撃試験硬さ疲労 (材料)靱性衝撃試験脆性耐力連続体連続体力学降伏 (物理)材料材料力学材料強度学摩耗

ひずみ

ひずみ(Strain)は、連続体力学における物体の変形状態を表す尺度であり、物体の基準(初期)状態の単位長さあたりに物体内の物質点がどれだけ変位するかを示す。.

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せん断

せん断(剪断、せんだん)あるいはシア (shear)とは、はさみなどを使って挟み切るように、物体や流体の内部の任意の面に関して面に平行方向に力が作用することである。.

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せん断応力

せん断応力(剪断応力、せんだんおうりょく、)とは、物体内部のある面の平行方向に、すべらせるように作用する応力のことである。シヤー応力とも。物体内部の面積Aのある面に平行方向のせん断力T が作用している時、Aに作用する平均的な剪断応力\tau は\tau.

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塑性

塑性(そせい、英語:plasticity)は、力を加えて変形させたとき、永久変形を生じる物質の性質のことを指す。延性と展性がある。荷重を完全に除いた後に残るひずみ(伸び、縮みのこと)を永久ひずみあるいは残留ひずみという。この特性は加工しやすさを意味し金属が世界中に普及した大きな要因である。またこの特性を結晶学的に説明することに成功したのがOrowanらによる転位論である。 金属材料の展性および延性についての明確な定義は多岐に渡り一言には説明しづらいが、実用的には、次のように考えられている。金属材料の塑性変形抵抗を示す代表的指標に硬さがあり、さらには機械的性質を調べる代表的な方法として、引張試験があるが、低強度域(破壊力学的欠陥の作用しない領域)では硬さと比例関係にある。 この際、得られる特性値として、次のようなものがある。.

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外力

外力(がいりょく).

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展延性

アルミニウム合金 (AlMgSi) の引張試験の結果。円錐状に細長く延びて破断しているのは、延性のある金属によく見られる結果である。 延性の低いダクタイル鋳鉄の引張試験の結果 展延性(てんえんせい、英:ductility)とは、固体の物質の力学的特性(塑性)の一種で、素材が破断せずに柔軟に変形する限界を示す。展延性は延性 (ductility) と展性 (malleability) に分けられる。英語の "ductility" は展延性と延性の両方の意味で使われる。 物質科学において、延性は特に物質に引っ張る力を加えた際の変形する能力を指し、針金状に延ばせる能力で表されることが多い。一方展性は圧縮する力を加えた際の変形する能力を指し、鍛造や圧延で薄いシート状に成形できる能力で表されることが多い。そのため展性を可鍛性(かたんせい)とも呼ぶ。 延性と展性は必ずしも正の相関があるとは言えない。例えば金は延性も展性も高いが、鉛は展性のみが高く引っ張る力には弱い。.

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工業製品

工業製品(こうぎょうせいひん)とは、工業において原材料を消費して製造される物品であるが、特に、様々な工程を経て消費者に提供される段階にまで加工が済んだ物を指す場合が多い。二次的に他の加工業者へと渡り、更に加工される物は、単に製品(粗製品)と呼ばれる。これは、単一の製造業者による製品ではなく、工業全体を経て提供される製品という意味であり、ある業態の製造産業を経て、出荷(輸出入)される段階にある物を指すため、広義には粗製品を含む。.

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強度

材料の強度(きょうど)あるいは強さ(つよさ)とは、その材料が持つ、変形や破壊に対する抵抗力を指す。 古くから経験的に把握されていた材料における強度の概念について最初に定量化を試みたのはレオナルド・ダ・ヴィンチであるが、彼の個人的なノートでの記述に限られていた。一般に公開された書物としては1638年に出版されたガリレオ・ガリレイの『新科学対話』における記述が最初である。18世紀に入ると引張試験や曲げ試験など様々な強度試験の方法が確立し、ステファン・ティモシェンコの確立した材料力学の考え方とともに建築分野や機械設計分野の基礎を支えていると一般のエンジニアには思われている。しかしながら、戦場の最前線のごとく、破損した材料の屍を築く領域や、永久には持たないならその寿命を工学的に管理するなど分野においては、破壊力学(靭性)的考え方を採用することも重要で、一般の人々の感覚に還元すると強度と靭性のバランスポイントがありそこが最も強度が高いという認識になる。 強度を表す指標は様々であり、材料の変形挙動の種類によって以下のように用語を使い分ける。; 降伏強さ; 引張強さ; 延性; 破壊エネルギー(靭性); 曲げ強度(抗折力); 硬度.

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弾性

弾性(だんせい、elasticity)とは、応力を加えるとひずみが生じるが、除荷すれば元の寸法に戻る性質をいう。一般には固体について言われることが多い。 弾性は性質を表す語であって、それ自体は数値で表される指標ではない。弾性の程度を表す指標としては、弾性限界、弾性率等がある。弾性限界は、応力を加えることにより生じたひずみが、除荷すれば元の寸法に戻る応力の限界値である。弾性率は、応力とひずみの間の比例定数であって、ヤング率もその一種である。 一般的にはゴム等の材料に対して「高弾性」という表現が用いられる。この場合の「高弾性」とは弾性限界が大きいことを指す。しかしながら、前述の通り、弾性に関する指標は弾性限界だけでなく弾性率等があって、例えば、ゴムの場合には弾性限界は大きいが弾性率は小さいため、「高弾性」という表現は混同を生じる恐れがある。 英語で弾性をというが、この語源はギリシャ語の「ελαστικος(elastikos:推進力のある、弾みのある)」からきている。また、一般的には弾力や弾力性等の語が使われるが、これらはほぼ弾性と同義である。 現実に存在する物質は必ず弾性の他に粘性を持ち、粘弾性体である。物質が有する粘弾性のうち弾性に特に着目した場合、弾性を有する物質を弾性体と呼ぶ。.

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引張り

引張り(ひっぱり)とは.

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応力

応力(おうりょく、ストレス、stress)とは、物体連続体などの基礎仮定を満たすものとする。の内部に生じる力の大きさや作用方向を表現するために用いられる物理量である。物体の変形や破壊などに対する負担の大きさを検討するのに用いられる。 この物理量には応力ベクトル と応力テンソル の2つがあり、単に「応力」といえば応力テンソルのことを指すことが多い。応力テンソルは座標系などを特別に断らない限り、主に2階の混合テンソルおよび混合ベクトルとして扱われる(混合テンソルについてはテンソル積#テンソル空間とテンソルを参照)。応力ベクトルと応力テンソルは、ともに連続体内部に定義した微小面積に作用する単位面積あたりの力として定義される。そのため、それらの単位は、SIではPa (N/m2)、重力単位系ではkgf/mm2で、圧力と同じである。.

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応力-ひずみ曲線

応力-ひずみ曲線(おうりょく-ひずみきょくせん、stress-strain curve)とは、材料の引張試験、圧縮試験において得られる応力とひずみの関係曲線。応力-ひずみ線図(stress-strain diagram)とも呼ばれる。 一般的に、ひずみを横軸に、応力を縦軸にとって描かれる。材料によって応力-ひずみ曲線は異なり、縦弾性係数、降伏点、引張強さなど、基礎的な機械的性質を応力-ひずみ曲線から得ることができる。.

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応力緩和

応力緩和(おうりょくかんわ)とは、粘弾性材料が一定の変位のもとで応力を時間とともに変化させる現象。.

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圧縮

圧縮(あっしゅく).

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モース硬度

モース硬度(モースこうど)、モース硬さ(モースかたさ、)またはモース硬さスケール(モースかたさスケール、)は、主に鉱物に対する硬さの尺度の1つ。硬さの尺度として、1から10までの整数値を考え、それぞれに対応する標準物質を設定する。 ここで言う硬さの基準は「あるものでひっかいたときの傷のつきにくさ」であり、「たたいて壊れるかどうか」の堅牢さではない(そちらは靱性を参照)。モース硬度が最高のダイヤモンドであっても衝撃には弱く、ハンマーなどである一定の方向からたたくことよって容易に砕ける。また、これらの硬度は相対的なものであるため、モース硬度4.5と示されている2つの鉱物があったとしても、それらは同じ硬度とは限らない。これは、蛍石で引っかくと傷がつかず、燐灰石で引っかくと傷つくということを示すのみである。 数値間の硬度の変化は比例せず、硬度1と2の間の差が小さく、9と10の間の硬度の差が大きいことも特徴的である。一見すると不便な見分け方のようでもあるが、分析装置のない野外においては、鉱物を同定するために役立つ簡便で安価な方法である。 モース硬度の「モース」は、この尺度を考案したドイツの鉱物学者フリードリッヒ・モースに由来している。 「滑石方(かっせきほう)にして蛍燐(けいりん)長く、石黄鋼(いしおうこう)にして金色なり」という語呂合わせの覚え方がある。.

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ロックウェル硬さ

ックウェル硬さ(ロックウェルかたさ、Rockwell hardness)は、工業材料の硬さを表す尺度の一つであり、押込み硬さの一種である。記号はHR。実際に使われる際は、HRAやHRCなど使用したスケール名をつけて記述する。スケールについては後述する。.

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ヌープ硬度

ヌープ硬度 (ヌープこうど、) は、工業材料の硬さを表す尺度の一つであり、押込み硬さの一種である。 モース硬度に比べると、数値の増加と硬さの増加とが、より連続的に対応するため、硬度の定量的指標として用いられる。 圧痕表面積で試験荷重を割って算出される。 項目.

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ブリネル硬さ

ブリネル硬さ(ブリネルかたさ、Brinell hardness)は、工業材料の硬さを表す尺度の一つであり、押込み硬さの一種である。記号はHB(Brinell hardness number=BHNも使われるが、HBの方が一般的)。 試験法は1900年にスウェーデンの工学者であるヨハン・ブリネル(Johan August Brinell)により考え出された。 ブリネル硬さの試験法の略図。''d''.

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ビッカース硬さ

ビッカース硬さの測定法の略図 ビッカース硬さ(ビッカースかたさ、Vickers hardness)は、硬さを表す尺度の一つであり、押込み硬さの一種である。ダイヤモンドでできた剛体(圧子)を被試験物に対して押込み、そのときにできるくぼみ(圧痕)の面積の大小で硬いか柔らかいかを判断する。圧子はピラミッドをひっくり返したような四角錐であるので、圧痕は理想的には正方形である。圧子を押し付ける荷重を一般的に試験力といい、試験力一定の下で硬い物質ほど圧痕は小さく、柔らかい物質ほど大きくなる。試験力は可変で、JIS規格では10gfから100kgfまで規定されているが、この範囲以外の試験力を用いることもある。.

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アイゾット衝撃試験

アイゾット衝撃試験(アイゾットしょうげきしけん、Izod impact strength test)は、衝撃に対する強さ(靭性)を評価する衝撃試験の方法である。 試験値は試験される試料の巾(各規格に試験片の寸法が規定されている。)で破壊に要したエネルギーを割って求めるのでJ/mである。 合成樹脂の機械的性能の評価によく用いられている。 破壊に要するエネルギーは、振り子式の打撃ハンマーを用いて、ハンマーの持ち上げ角度と、試験後のハンマーの振り上がり角度から計算する。 同様の耐衝撃性の試験法には、吸収したエネルギーを試験片の元の断面積で割って求めるシャルピー衝撃試験という衝撃試験もある。.

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クリープ

リープ(creep)は、物体に持続応力が作用すると、時間の経過とともに歪みが増大する現象。主に高温環境下における材料の変形を説明するために用いられる。.

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シャルピー衝撃試験

ャルピー衝撃試験機 シャルピー衝撃試験(シャルピーしょうげきしけん、Charpy impact test)とは、切り欠きのはいった角柱状の試験片に対して高速で衝撃を与えることで試験片を破壊し、破壊するために要したエネルギーと試験片の靭性を評価するための衝撃試験である。フランスの技術者が考案した。 試験片の破壊に要したエネルギーをシャルピー衝撃値といい、靭性を表すのに用いられている。 粉末冶金材料には気孔が存在する。衝撃試験を実施する際に、この気孔が内部欠陥として作用するため、試験片には切り欠きを加工せずに測定を行うことを基本としている。ただし、高密度材の場合は切り欠きを加工を行って測定してもよい。 シャルピー試験は、原子炉圧力容器で用いる鋼の健全性評価などに用いられる。.

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硬さ

さ(かたさ、hardness、硬度)とは物質、材料の特に表面または表面近傍の機械的性質の一つであり、材料が異物によって変形や傷を与えられようとする時の、物体の変形しにくさ、物体の傷つきにくさである。工業的に比較的簡単に検査でき、これを硬さ試験法と呼ぶ。例えば鋼製品の熱処理結果の管理などに用いられている。.

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疲労 (材料)

労(ひろう、Fatigue)は、物体が力学的応力を継続的に、あるいは繰り返し受けた場合にその物体の機械材料としての強度が低下する現象。金属で発生するものは金属疲労(Metal fatigue)として一般に知られているが、金属だけではなく樹脂やガラス、セラミックスでも起こり得る。また、力学的応力だけではなく電圧や温度の継続的または繰り返し負荷によって絶縁耐力や耐熱性が低下する現象を指すこともあるが一般的ではない。こちらはむしろ経年劣化と呼ぶ。.

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靱性

靱性(じんせい、toughness)とは、物質の脆性破壊に対する抵抗の程度、あるいはき裂による強度低下に対する抵抗の程度のことで、端的には破壊に対する感受性や抵抗を意味する。材料の粘り強さとも言い換えられる。 「靱」の文字が常用漢字に含まれていないことからじん性という表記や、「靱」の異体字を使用した靭性という表記もある。 本記事では学術用語集に準じて「靱性」の表記で統一する。.

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衝撃試験

衝撃試験(しょうげきしけん)とは、材料(試料)に衝撃的に力が加わるときの抵抗、すなわち材料のねばり強さ(靱性)、もろさ(脆性)を判定するために行われる材料試験。負荷される荷重の種類から引張、圧縮、曲げ、ねじりなどに分類される。.

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脆性

脆性(ぜいせい、brittleness)は、物質の脆さを表す技術用語。破壊に要するエネルギーの小さいことをいう。対語としては靱性(じんせい:壊れにくいこと)と展延性(壊れずに変形すること)がある。 「脆」の文字が常用漢字に含まれていないことからぜい性と表記されることもある。本記事では学術用語集に準じて「脆性」の表記で統一する。.

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耐力

耐力(たいりょく、proof stress, offset yield strength)とは、その材料が耐えうる力のこと。耐力の値を超えたとき、その材料は塑性変形をはじめる。 材料試験の用語では、明確な降伏点をもたない材料で、ある一定の塑性ひずみを生じる応力をたとえば0.2%耐力などとして、材料の特性を比較するのに用いる。.

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連続体

連続体(れんぞくたい、continuum ).

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連続体力学

連続体力学 (れんぞくたいりきがく、Continuum mechanics)とは、物理的対象を連続体という空間的広がりを持った物体として理想化してその力学的挙動を解析する物理学の一分野である。連続体力学では対象である連続体を巨視的に捉え、分子構造のような内部の微視的な構造が無視できるなめらかなものであり、力を加えることで変形するものとみなす。 主な連続体として弾性体と流体がある。直観的には弾性体とは圧力を取り除くと元の状態に復帰する固体であり、流体は気体、液体、プラズマを記述するものである。 連続体力学は物体を空間上の一点に近似して扱う質点の力学とは区別され、物体の変形を許容しない剛体の力学とも区別される。剛体は、変形しにくさを表す量である弾性係数が無限大である(すなわち一切変形しない)連続体であるとみなすこともできる。 連続体の力学は材料力学、水力学、土質力学といった応用力学、およびそれらの応用分野である材料工学、化学工学、機械工学、航空宇宙工学などで用いられる。.

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降伏 (物理)

降伏(こうふく)とは、金属材料などに応力を加えていくと現れる現象である。例えば鋼に応力を加えていくと、応力-ひずみ線図は図1のような挙動を示す。図1では、応力が点2に至るとひずみは大きくなるのに対し引っ張り応力は下降する。このとき鋼は降伏したという。点2に至るまでの変形は弾性変形であり荷重を除荷すれば形状は元に戻るのに対し、降伏後は塑性変形になり除荷しても弾性変形分(点2までの変形)以上は戻ることはない。 降伏中の最大の応力を上降伏点(点2)、最低の応力を下降伏点という。実用上は上降伏点が、弾性変形の最大基準の応力としてよく利用されている。.

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材料

材料(ざいりょう).

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材料力学

材料力学(ざいりょうりきがく、)は、応用力学の一分野で、機械や構造物に負荷が加わったときの変形、そして破壊の原理を研究する学問である。.

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材料強度学

材料強度学(ざいりょうきょうどがく、)とは、固体材料に外力が加わったときの変形や破壊などの力学的な挙動を取り扱い、材料の強度を論じる学問である。日本の材料工学・機械工学者の横堀武夫により、材料強度と破壊の学問を体系化するものとして命名された。 材料力学との大きな違いは、量子論、原子論や結晶論(転位論)を意識しつつき裂(転位、空孔、結晶粒界などの材料の微小不連続的な原子の結合部位などもふくめ欠陥と称することが多い)が存在する場合の状態を考慮する事である。材料中にき裂や損傷が、発生・進展(成長)して破壊に至るまでの過程を扱う。 もう一つの大きな違いは、繰返し負荷や温度・湿度の影響によって生じる破壊・損傷を論じる事である。すなわち、引張り強度以下の負荷が与え続けられた場合の材料の破壊や、高温水蒸気中に放置された場合の損傷などである。.

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摩耗

摩耗(まもう、wear)とは、摩擦に伴って生じる固体表面部分の逐次減量のことである。磨耗とも表記される。.

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