一般的な材料の延性
延性とは
延性とは、引張応力下で塑性変形を維持する材料の能力を示す尺度です。 延性の高い材料は、破断することなくワイヤー状に引き伸ばしたり、変形させたりすることができます。この特性は、材料を所望の形状に成形する製造工程において極めて重要です。
エンジニアリングにおける延性の重要性
延性はエンジニアリングや建築において重要な役割を果たします。材料が変形する際にエネルギーを吸収し、構造物に安全性と柔軟性を与えます。延性材料は衝撃や動的荷重に耐え、致命的な破壊を起こさないため、建築物、橋梁、自動車部品などに理想的です。
可鍛性との関係
延性と 可鍛性は、どちらも材料の塑性の一種であり、材料が破壊や破断を起こすことなく永久変形を起こす能力を指します。 この2つの用語は密接に関連していますが、材料の変形挙動については異なるタイプを表しています。
延性
- 定義：延性とは、材料が破壊や破断を起こす前に、著しい変形、特に延伸や伸びを起こす能力のことです。延性は通常、伸線加工（金属を伸ばしてワイヤー状にする加工など）によって発揮される。
- 主な特徴：
- 延性のある材料は、引っ張ったり伸ばしたりしてワイヤー状にすることができる。
- 延性は多くの場合、引張試験における伸び率または破断点面積の減少率によって測定される。
- 延性のある材料は、破壊することなく大きなひずみを吸収することができる。
- 例：金、銅、アルミニウム、鋼（常温）。
可鍛性
- 定義：可鍛性とは、圧縮下でも破断することなく大きく変形する材料の能力を指す。通常、圧延や ハンマリング（例えば、金属を平らにして板状にする）などの工程で発揮される。
- 主な特徴：
- 可鍛性材料は、ハンマーで叩いたり、圧延したり、プレスして薄い板にすることができる。
- 一般的に可鍛性は、材料が割れることなくどれだけ平らにできるかで試験される。
- 可鍛性は、鍛造や 押出などの製造工程で特に重要である。
- 例：金、鉛、アルミニウム
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性質 |
延性 |
展性 |
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応力の種類 |
引張 |
圧縮（平坦化） |
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主な挙動 |
伸びる能力 |
圧縮変形能力 |
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試験例 |
伸線、引張試験（伸び） |
ハンマーで叩くか、薄いシートに圧延する |
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試験例 |
金、銅、アルミニウム |
金、鉛、アルミニウム |
詳細はスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。
金属の延性に影響する要因
金属の延性には、以下のようないくつかの要因が影響します：
- 温度：一般に温度が高いほど延性は高くなる。
- 合金元素：特定の元素の添加により、延性が高まったり低まったりする。
- 粒度：一般に結晶粒が細かいほど延性が向上する。
- 加工方法：焼きなましのような技術は延性特性を変えることがある。
一般的な材料の延性
一般的な延性材料には次のようなものがある：
- 金属：銅、アルミニウム、鋼はその高い延性で知ら れています。
- 合金:真鍮や特定のステンレス鋼は優れた延性特性を示します。
- ポリマー:ポリマーの中にも特定の条件下で延性を示すものがあります。
一般的な材料の延性を表にまとめました。
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材質 |
延性 |
備考 |
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金 |
非常に高い |
金の延性は非常に高く、非常に細いワイヤーに引き抜くことができる。 |
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銅 |
高い |
延性に優れ、電気配線に使用される。 |
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アルミニウム |
高い |
延伸、伸線が可能。 |
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銀 |
高い |
延性があり、宝飾品や電気製品に使用される。 |
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鋼（低炭素 |
高い |
非常に延性があり、建築に使用される。 |
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鋼（高炭素 |
中～低 |
低炭素鋼より延性が低く、脆くなりやすい。 |
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中程度から高い |
中程度の延性を持つが、低温では脆くなりやすい。 |
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ニッケル |
中程度 |
中程度の延性を示し、合金やコーティングに使用されます。 |
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黄銅 |
中程度 |
中程度の延性を持ち、配管や電気継手に使用される。 |
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鉛 |
高い |
非常に可鍛性だが延性もあり、薄い板状に引ける。 |
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鉄（鋳物 |
低い |
脆く、あまり延性がない。主に鋳造に使用される。 |
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鉄（鍛造 |
高い |
鋳鉄よりも延性があり、構造用途に使用される。 |
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亜鉛 |
高い |
変形しやすく、鋼鉄の亜鉛メッキによく使用される。 |
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高い |
延性が高く、腐食に強い。 |
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低い |
非常に強いが、常温では非常に脆い。 |
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インコネル （ニッケルクロム合金） |
中～高 |
高温で良好な延性を示す。 |
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黄銅（銅-亜鉛合金 |
中程度 |
多くの工業用途で良好な延性を示す。 |
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マグネシウム |
中程度 |
マグネシウム合金は中程度の延性を持ち、軽量です。 |
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ポリエチレン（プラスチック |
高い |
柔軟性があり、破断する前に大きく引き伸ばすことができる。 |
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ゴム |
非常に高い |
非常に延性があり、元の長さの何倍にも伸ばすことができる。 |
よくある質問
延性と展性の違いは何ですか？
延性とは、材料がワイヤー状に引き伸ばされる能力のことで、可鍛性とは、打ち付けたり圧延したりして板状にする能力のことです。
なぜ延性が重要なのですか？
延性は、材料が壊れることなく変形することを可能にし、地震のような動的な力を受ける構造物に柔軟性と安全性をもたらします。
ポリマーは延性がありますか？
はい、ある種のポリマーは特定の条件下で延性を示し、壊れることなく成形したり伸ばしたりすることができます。
温度は金属の延性にどのような影響を与えますか？
一般的に、温度を上げると原子がより自由に動き、変形しやすくなるため、金属の延性が高まります。
延性ワイヤーの用途は？
ダクタイル・ワイヤーは、電気システム、電気通信、宝飾品製造、信頼性が高く柔軟な素線を必要とする様々な産業用途に使用されています。
