強度と靭性の違い

構造部品の場合、強度と破壊靭性は2つの重要な機械的特性です。 降伏強さは、金属が変形する前に耐えることができる応力の尺度です。 引張強度は、金属が破壊し始める前にサポートできる最大応力の尺度です。 破壊靭性は、亀裂を含む材料を破壊するために必要なエネルギーの尺度です。

降伏強度が増加すると、金属が変形せずにサポートできる応力の量が増加します。または、降伏強度が増加するにつれて、変形せずに所定の荷重を支持するために金属の断面積を小さくする必要があります。引張強度が増加すると、亀裂や破壊なしに金属がサポートできる応力の量が増加します。そして、破壊靭性が増加すると、亀裂を成長させて破壊するのに必要なエネルギーが増加します。破壊靭性が低いと延性が低くなります。たとえば、ガラスは靭性が非常に低く、非常に脆いです。

特定の長さの亀裂があるコンポーネントの場合、破壊靭性が低下すると、破壊する前にコンポーネントの荷重に耐える能力が低下します。逆に、特定の荷重の場合、破壊靭性が増加すると、コンポーネントは破壊前に長い亀裂に耐えることができます。

図に示すように、特定の合金の場合、強度と靭性の関係は、強度が増加すると減少します。その結果、高い靭性と高い強度の両方が必要な場合、多くの場合、1つの合金から、両方の要件を満たす別の合金に変更する必要があります。

設計者は、コンポーネントの断面積を最小限に抑えるために、できるだけ強い材料を使用したくなることがよくあります。しかしながら、これは、部品の製造中または使用中に材料に小さな亀裂が形成された場合に、破壊に耐えるのに不十分な破壊靱性を有する材料を不注意に使用することにつながる可能性がある。

疲労応力も亀裂のもう1つの原因です。多くの場合、疲労状態にさらされたコンポーネントに亀裂が形成されることが予想されます。これらの状況では、亀裂が大きくなりすぎてコンポーネントの無傷の断面が荷重を支えられなくなり、コンポーネントが破損するまでに、コンポーネントが稼働状態を維持できる時間を決定するには、破壊靭性の知識が必要です。これは、航空宇宙コンポーネントやボイラーなどの圧力容器に適用されます。