降伏強度と引張強度：材料力学の重要なメトリック

降伏強度と引張強度：材料力学の重要なメトリック

金属を定義するために使用されるさまざまな用語を理解することは、コンポーネントにそれらを正しく実装するために不可欠です。降伏強度と引張強度は、最も重要な物理的特性の2つですが、これらの2つの用語は何ですか、そしてそれらの違いは何ですか？

降伏強度とは、ストレスにさらされると、材料が弾力的に（一時的に）変形の変形を停止し、塑性（永続的に）開始するポイントを指します。

弾性変形とは、材料が曲がったり、伸びたり、ねじれたり、圧縮されたりしてから、荷重が除去された後に元の形状に戻る場合です。塑性変形は永続的な変形であり、力が加えられた後に成分または材料が変化します。

ほとんどの場合、コンポーネントが変形すると機能しなくなるため、材料の強度を定義するために降伏強度がよく使用されます。機械的特性の観点から、降伏強度は、プロジェクトまたはコンポーネントの材料を指定する際の最も重要な特性の1つです。

引張強度とは何ですか？
しばしばUTSとして短縮される引張強度は、壊れる前に材料がどれだけのストレスに耐えることができるかの尺度です。鋼の場合、これは通常、降伏強度の130-140％です。

UTSポイントは、材料が壊れるポイントではなく、材料のひずみがグローバルな均一な変形から局所的な変形に変化するポイントであり、成分のストレッチと狭窄として現れます（張力が失敗した場合）。

降伏強度と引張強度の違いは何ですか？
降伏強度は、材料が粗末に変形し始めるポイントであり、つまり、曲がったり伸ばしたりすることを意味しますが、引張強度は材料が耐えることができる最大応力です。

両方の要因は重要ですが、コンポーネントに材料を指定する場合、降伏強度がより一般的に使用されます。これは、材料が塑性変形のポイントを超えると、もはや使用できないためです。適切に設計されたコンポーネントは、通常、アプリケーションとその安全因子に応じて、サービスの降伏強度の50％にのみ強調されます。

引張強度は降伏強度よりも高いですか？
軟鋼などの材料では、降伏強度は引張強度よりも約30-40％低いですが、これはすべての金属には当てはまりません。高炭素鋼などの脆性材料では、材料には延性がないため、壊れる前にあまり変形しないため、引張強度は降伏強度よりわずかに高いだけです。

降伏強度と引張強度はどのように測定されますか？
引張強度と降伏強度は、単位面積あたりの力として測定されるエンジニアリング応力であり、通常は北米および国際システムのPascalsまたはMegapascalsで1平方インチ（PSI）あたりポンド（PSI）です。標準化されたテストは、フラットまたはラウンドテスト標本のいずれかを使用して一般的です。

油圧またはネジ型のテスターは、経験されたストレスとひずみを記録しながら、標本を伸ばします。ほとんどの均質な金属は、降伏強度ポイントまで線形応力 - ひずみ関係を持っています。

一般的な材料の降伏強度は何ですか？

材料の強度は、それに含まれる特定の合金要素に大きく依存します。一般的なエンジニアリング材料の収量と引張強度の例をいくつか紹介します。

ご覧のとおり、アルミニウムや銅などの延性材料は、収量と引張強度の間に大きな隙間がありますが、高炭素工具鋼のような脆性材料は反対です。

引張強度に関する事実
タングステンは、約980 MPaで、すべての金属の引張強度が最も高くなっています。

金などの非常に延性のある金属の中には、ストレスが少ないが、鋼などの金属よりも著しく大きく伸びるため、張力強度よりも高い降伏強度を持っています。

Spider Silkの引張強度はわずか1.5 GPaですが、重量で鋼の5倍の強度です。