材料の強度と靭性の違い
強さ
強度とは、単一の適用荷重の下で変形または壊れる前に、ひっくり返されていない金属が耐えることができるというストレスです。これは、引張力にさらされたときに骨折に抵抗する材料の能力の尺度です。
タフネス
靭性とは、割れた材料が壊れる前に必要なエネルギーの量です。材料が硬いほど、亀裂が骨折するために亀裂を伝播させるためにより多くのエネルギーが必要です。特定の合金の場合、骨折の靭性が低くなると、延性が低くなります。たとえば、ガラスの靭性は非常に低いため、非常に脆いです。
破壊に対する負荷の影響
骨折の靭性が低下すると、特定の長さの亀裂がある成分の場合、破損する前に負荷に耐えるコンポーネントの能力も減少します。逆に、特定の負荷については、骨折の靭性が増加すると、成分は壊れずに長い亀裂に耐えることができます。下の図に示すように、任意の合金について、引張強度が増加すると、その靭性が低下します。したがって、高強度と高強度の両方が必要な場合、通常、両方の要件を満たす別の合金に切り替える必要があります。
材料選択の強度と靭性を考慮してください
多くの場合、設計者は、可能な限り最高の材料を使用して、コンポーネントの横断面積を最小化できるようにする傾向があります。ただし、これは、製造中または使用中に小さな亀裂が形成された場合、骨折に耐えるほど丈夫ではない材料の使用に誤って使用する可能性があります。疲労ストレスは、亀裂形成の可能性のある原因の1つです。
通常、疲労条件にさらされた成分の亀裂形成が予想されます。これらの場合、亀裂が荷重をサポートできず、コンポーネントが破損するまで亀裂が伝播する前にコンポーネントを使用し続けることができる期間を決定するために、破壊の靭性を把握する必要があります。これは、航空宇宙コンポーネントとボイラーなどの圧力容器に適用されます。
疲労条件にさらされる構造成分の場合、設計者は強度と靭性の両方に焦点を合わせる必要があります。強度は、材料が変形せずに印加荷重に耐えることができるように十分に大きい必要があります。壊滅的な故障なしに金属が疲労亀裂の形成に耐えることができるように、靭性は十分でなければなりません。
