なぜ一部の金属は他の金属より強いのか? メーカーは特定のプロジェクトに最適な金属をどのように選択するのでしょうか? 良い, すべては金属の強みと、厳しい状況での金属の挙動にかかっています。.
このガイドでは, 金属強度表について説明します, とその特性, 各金属の性能を定義する. 金属加工プロジェクトに適切な選択をするために読み続けてください。.
金属強度表とは?
画像の説明: 画像は金属強度表のイメージです. ひずみの曲線を示します (X軸) 対ストレス (y軸), 降伏強度などの重要なポイントを強調する, 抗張力, そして究極の強さ.
金属強度表は、金属の強度特性をグラフで示したものです。. 引張強度に基づいて金属を比較することができます。, 収率, とせん断強度.
さらに, 強度チャートは、さまざまな金属が応力と変形に関してどのように機能するかを示します。. これらのチャートはエンジニアにとって役立ちます, 特に特定のプロジェクトで使用するのに最適な素材の特定において. したがって, 高圧下での物質の挙動をよく知る必要がある.
金属の強度を知ることがなぜ重要なのか?
金属の強度を理解することで、適切な材料を選択できるようになります. さらに遠く, 材料の破損を事前に防ぐのに役立ちます.
例えば, 鋼鉄 優れた降伏強度と圧縮強度を備えています. その間 アルミニウム 鋼よりも軽いですが、内部強度に関しては弱いです. チタン 非常に強度がありながらも非常に軽いため、航空宇宙部品に最適です。. それで, 適切な金属を選択すると、エンジニアリング用途における安全性と寿命が向上します。. さらに, メンテナンスと修理のコストを最小限に抑えることができます.
金属の一般的な強度の種類は何ですか?
代表的な金属強度のタイプには次のものがあります。:
降伏強さ
降伏強さ 永久変形を受ける前に荷重が適用できる限界です。. 素材を超えた場合, そうなるともう元の形には戻らない. これらの金属の降伏強度は、磨耗に耐える能力に直接比例します。. 通常, この特性は自動車および航空宇宙分野では明らかであり、非常に重要なインターフェースを定義します。.
抗張力
抗張力 伸張力を受ける材料の数学的特性として定義されます. 高強度であると認識されている金属は、通常、フレッティングする前に張力に耐えることができます。. 例えば, 鋼は大きな力がかかっても壊れません. 建設および製造部門では、美徳として高い引張強度が求められます.
圧縮強度
圧縮強度は、対象の材料の重量負荷に耐える能力を表します。. 金属が圧縮力を受けて破損するまでに耐えられる範囲を示します。. コンクリートと鋼は建設時に圧縮荷重を受けるように設計されています.
せん断強度
滑り力は、絶対的なせん断強度を伝える材料の能力を測定します。. ファスナーやジョイント部分の材質も重要です. たとえば、鋼とチタンは、せん断力に関する限り、特に最適な材料として知られています。. この特性は、構造的および機械的関連条件において信頼性を提供します。.
金属強度チャートは、上記の主要なパラメータに基づいています。. 専門家は常にこれらのパラメータを参照して、さまざまな用途における材料の適合性を正確に特定します。.
材質の硬度
硬度は、金属が圧痕や摩耗に耐えられるかどうかを定義します。. より重い素材は、着用や引き裂きに対する耐久性が高くなります。. 硬度は工具や装置において特に重要です. 環境の種類によって異なります, しかし特に, 継続的に摩耗にさらされる条件下での製品の耐久性を制御します。.
延性
金属の延性は、壊れずに曲がる能力を表します。. 難しい素材でも、伸ばしたり曲げたりすることで曲げることができます. しかし, 柔軟な材料は、より高いレベルの負荷でも故障することなく機能します.
金属の強度を向上させる効果的な方法
性能や耐久性を高めるには金属の強度向上が不可欠. これを実現するにはいくつかの方法が使用されます.
熱処理
熱処理は金属の強度を向上させる最も一般的な方法の 1 つです. 焼入れなどの加工, 焼き戻し, アニーリングにより金属の微細構造が変化します. これにより硬度と強度が向上します. 例えば, 鋼を焼き入れすると、急速に冷却されて硬くなります.
合金化
合金とは、強度を向上させるために金属と他の元素を混合することです。. 炭素などの元素を加える, クロム, ニッケルは引張強度と降伏強度を高めることができます. 鋼鉄, 例えば, クロムと合金化してステンレス鋼を形成すると、強度と耐食性が向上します。.
冷間加工
冷間加工では、室温で金属を変形させて強化します。. 圧延などの加工, 描画, または金属の粒子構造を押し出し圧縮する. これにより強度と硬度が向上します. 冷間加工はワイヤーや板金の製造によく使用されます.
粒子の精製
金属の結晶粒構造を微細化することで強度が向上します. 粒子が小さいほど、より多くの粒界が形成されます, 変形に対する耐性を向上させます. このプロセスは、航空宇宙および自動車用途の高性能合金でよく使用されます。.
表面硬化
浸炭や窒化などの表面硬化方法により、コアに影響を与えることなく表面強度が向上します。. これらのプロセスにより、炭素または窒素が表面に導入されます。, 難しくする. この技術は、摩耗にさらされるギアやその他の部品によく使用されます。.
析出硬化
析出硬化では、金属に小さな粒子を加えて転位をブロックします。. これにより強度と硬度が向上します, 特にアルミニウムやチタンなどの合金では. 航空宇宙産業や防衛産業でよく使用されています.
テンパリング
硬化は通常、目的の用途に合わせて材料の靭性を最小限に抑えるために加熱後に実行されます。. 次に、焼き入れされた金属は 200°C ～ 650°C の範囲の温度に加熱されます。. これにより、金属の内部構造が平衡に達することができます。. このようにして, 硬さと強度の中間に位置します.
アニーリング
アニーリング 金属を一定の温度に加熱すると硬くなります. 内部ストレスを追い出す働きもあります, 延性を高める, 金属加工性の向上. さらに, アニーリングが主に適用されるのは、 銅, アルミニウム, 軟鋼にも. 金属の成形性を高め、金属が破損する傾向を減らします。.
正規化
正規化のプロセスは硬化に非常に近づいているように見えます, 使用されるテクニックが若干異なります, 正規化は、金属を臨界温度のすぐ上に加熱することによって行われます。, 空気中で冷やす. このプロセスにより、材料の粒子が微細化され、より優れた強度と靭性が得られます。. 正規化は均一な構造を実現するのに役立つため、通常は炭素鋼に使用されます。.
浸炭
浸炭では、低炭素鋼の表面に炭素を導入します。. 金属は炭素が豊富な環境で加熱され、その結果生じる高温を利用して炭素が外側の材料表面に拡散します。. ギヤシャフト軸受や製品に最適な浸炭処理; 摩耗しやすい.
一般的に使用される高強度金属とは何ですか
- クロム
- チタン
- タングステン
- 炭素鋼
- ステンレス鋼
- マグネシウム合金
- インコネル
- 鉄
金属強度比較表: 主要な特性と性能
主要な強度パラメータに基づいたさまざまな金属の比較は次のとおりです。, 引張強度も含めて, 降伏強さ, 硬度, と密度. これらの指標は、さまざまな用途に対する金属の適合性を理解するのに役立ちます。.
| 金属の種類 | 抗張力 (PSI) | 降伏強さ (PSI) | 硬度 (ブリネルHB) | 密度 (g/cm3) |
| スチール – ステンレス 303 | 100,000 | 62,000 | 228 (HB) | 8 |
| スチール – ステンレス 304 | ≥74,700 | 47,900 | 123 (HB) | 8 |
| スチール – ステンレス 316 | 84,100 | 42,100 | 149 (HB) | 8 |
| スチール – ステンレス 410 | 221,200 | 177,700 | 422 (HB) | 7.8 |
| スチール – ステンレス 440 | 254,000 | 186,000 | 58 (HRC) | 7.8 |
| スチール – ステンレス 630 | 150,000 – 210,000 | 130,000 – 200,000 | 352 (HB) | 7.8 |
| 鋼鉄 1040 | 89,900 | 60,200 | 201 (HB) | 7.8 |
| スチールA36 | 58,000 – 79,800 | 36,300 | 140 (HB) | 7.8 |
| 鋼種 50 | 65,300 | 50,000 | 135 (HB) | 7.8 |
| スチールD2 | 210,000 – 250,000 | 239,000 – 319,000 | 55 – 62 (HRC) | 7.7 |
| チタン – グレード 1 | 18,000 – 34,800 | 24,700 – 45,000 | 120 (HB) | 4.5 |
| チタン合金 - グレード 12 | 65,300 | 55,100 | 180 – 235 (HB) | 4.5 |
| タングステン | 250,000 | 172,500 | 250 (HB) | 19.3 |
| マグネシウム合金 | 13,100 – 74,700 | 3,050 – 66,700 | 30 – 118 (HB) | 1.3 – 2.4 |
| アルミニウム – 1050-H14 | 16,000 | 14,900 | 30 (HB) | 2.7 |
| アルミニウム – 1060-H14 | 14,000 | 13,000 | 26 (HB) | 2.7 |
| アルミニウム – 2024 | 29,000 – 79,000 | 14,000 – 71,000 | 47 – 135 (HB) | 2.8 |
| アルミニウム – 3003 | 16,000 – 34,000 | 5,700 – 30,000 | 20-25 (HB) | 2.7 |
| アルミニウム – 5052-H11 | 28,000 | 11,000 | 46 (HB) | 2.7 |
| アルミニウム – 5052-H32 | 33,000 | 28,000 | 60 (HB) | 2.7 |
| アルミニウム – 5083 | 41,000 – 57,000 | 17,000 – 50,000 | 75 – 110 (HB) | 2.7 |
| アルミニウム – 6061-T6 | 45,000 | 39,000 | 93 (HB) | 2.7 |
| アルミニウム – 7075-T6 | 83,000 | 73,000 | 150 (HB) | 2.8 |
| アルミニウム – 青銅 | 8,000 – 147,000 | 10,000 – 116,000 | 40 – 420 (HB) | 7.9 |
| 真鍮 | 18,000 – 150,000 | 5,000 – 99,100 | 54 – 100 (HRC) | 7.2 – 8.6 |
| 銅 | 32,000 | 20,000 | 89 (HRC) | 8.9 |
| 銅 – ベリリウム | 70,000 – 200,000 | 23,000 – 180,000 | 23 – 43 (HRC) | 8.8 |
| 銅 – タングステン | ≥58,000 | – | 115 – 290 (HB) | 14 – 17 |
| リン青銅 – PB1 | 47,000 – 140,000 | 19,000 – 80,100 | 70 – 103 (HB) | 8.9 |
| 亜鉛 | 5,370 – 64,000 | 18,100 – 56,000 | 42 – 119 (HB) | 5.0 – 7.1 |
まとめ
要約すれば, 金属の強度を理解することは、あらゆるエンジニアリングプロジェクトに適切な材料を選択するために重要です. 引張強さなどの金属の性質, 降伏強さ, 硬度, と密度は、現実世界のアプリケーションでのパフォーマンスに直接影響します。. 金属強度表は、これらの特性を比較するための重要な参考資料となります。, メーカーやエンジニアが特定のニーズに最適な材料を選択できるように支援します. アルミニウムを扱っているかどうか, 鋼鉄, チタン, または特殊合金, パフォーマンスと耐久性にとって最適な強みを知る.
よくある質問
Q1. 引張強度とは?
引張強さは、材料が破損する前に耐えることができる最大応力です。. ポンド/平方インチで測定されます (PSI) 伸びたり引っ張られたりする素材にとっては極めて重要です.
第2四半期. 降伏強さは引張強さとどう違うのですか?
降伏強度は、材料が永久に変形し始める応力レベルです。, 一方、引張強さは破断する前に耐えることができる最大応力です。. 降伏強さは通常、引張強さよりも低くなります.
Q3. 金属において硬度が重要な理由?
硬度は金属の変形に対する抵抗力を示します, 引っ掻く, または着る. 硬度評価が高いほど、金属は外力に対する耐性が高く、摩耗の多い用途に最適であることを意味します.
Q4. 引張強度に基づいて最も強い金属はどれですか?
タングステンは天然金属の中で最も高い引張強度を持っています。. まで達しました 250,000 PSI.
Q5. 金属の密度はその使用にどのような影響を及ぼしますか?
密度は金属の重量に影響します, 軽量または高耐久アプリケーションの選択に影響を与える. 例えば, チタンは、密度が低く強度が高いため、航空宇宙産業で好まれています。.
