はじめに
降伏強度はまた降伏限界とも呼ばれ、降伏時の応力は降伏限界と呼ばれ、単位はMPaです。降伏強度は材料の固有特性であり、材料が降伏する際の臨界応力値を示します。機械部品の最大許容負荷を決定するためによく使用されます。
すべての機械部品は塑性変形をしてはならないため、降伏強度はエンジニアリング設計と材料選択における重要な基盤となります。
生産性
降伏とは、応力が増えないままひずみが増加する現象を指します。金属試験片にかかる外力が材料の弾性限界を超えると、応力が増加しなくなっても、試験片は依然として顕著な塑性変形を起こします。
強度
強度とは、外部力による塑性変形に対する材料の抵抗能力を指します。
弾力性
弾性とは、永久変形を生じない能力のことです。超音波発生器の電圧が変わるとき、発生器の出力電力も変わり、超音波トランスデューサーの機械振動が不安定になり、作業効果が悪くなります。したがって、安定した出力電力が必要であり、電力フィードバック信号を通じて増幅器を調整して電力増幅器を安定させます。トランスデューサーは共鳴周波数で最も効率的かつ安定して動作します。トランスデューサーの共鳴周波数は、組み立てや経年劣化によって変わります。周波数が僅かにドリフトするだけで大きく変わらない場合、周波数追跡信号が信号発生器を制御し、トランスデューサーの共鳴周波数の一定範囲内に信号発生器の周波数を維持し、発生器が最良の状態で動作できるようにします。
媒質中の粒子が平衡位置で一回往復振動するのに必要な時間を周期と呼び、Tで表され、単位は秒(s)です。
粒子が1秒間に何回振動を完了するかを周波数と呼び、fで表され、単位は「サイクル/秒」であり、これはヘルツ(Hz)とも呼ばれます。
周期と周波数は逆数の関係にあり、次の式で表されます: f = 1 / T。媒質中での音波の波長(λ)と周波数の関係は次の通りです: c = λf。ここで、cは音速(m/s)、λは波長、fは周波数(Hz)です。
弾性変形
外力の作用で弾性限界内の材料が変形し、外力を除去すると元の形状に戻ります。この外力が消えたときに消える変形を弾性変形と呼びます。
塑性変形
材料にかかる負荷が弾性変形の範囲を超えると、永久変形が発生します。つまり、荷重を解除しても回復しない変形を塑性変形といいます。
両者の変形の原因は異なります：
塑性変形：結晶粒内の原子構造には様々な欠陥があります。不完全線（ディスロケーション）の存在により、力が加わると結晶の原子が容易に不完全線沿って移動し、結晶の変形抵抗が低下します。不完全線の動きによる伝播によって、滑りが発生し、一部の結晶粒が滑り帯を形成します。多くの滑り帯が結合して目に見える変形となります。
弾性変形：物体に外力が加わると変形しますが、外力を除去すると物体は元の形状とサイズに完全に戻ります。
塑性変形に影響を与える要因
1. 加工硬化: プラスチック変形は、歪みの増加、歪み密度の増加、および異なる方向への歪みの交差を引き起こします。歪みの移動が妨げられ、金属が加工硬化します。加工硬化は金属の硬度、強度、変形抵抗を高めますが、塑性を低下させ、その後の冷間変形を困難にします。
2. 内部応力: 金属内部でのプラスチック変形の分布は均一ではなく、外力が除去された後、各部分の弾性回復が完全に同じになることはありません。これにより、金属体の各部分間に互いにバランスの取れた内部応力、つまり残留応力が発生します。残留応力は部品の寸法安定性を低下させ、応力腐食の傾向を増大させます。
3. 異方性：金属が冷間で塑性変形すると、結晶粒内にスリップ帯や双晶帯が現れる。各結晶粒はまた変形方向に延びてねじれる。変形方向における強度、塑性、靭性は横方向よりも高い。金属が熱間で変形する場合、再結晶化により結晶粒の配向が変形方向からさまざまな程度でずれる。
4. 再結晶化と回復：再結晶化処理後、冷間変形によって引き起こされた結晶粒の歪みやそれに伴う作業硬化、残留応力などが完全に除去される。
弾性限界
材料が永久変形（塑性変形）を引き起こさない最大応力は、弾性限界と呼ばれます。また、これは材料が弾性領域から塑性変形に移行する転機でもあります。弾性限界は、材料の弾性変形の最大範囲を反映しています。
引張強度
引張条件下（材料が屈服した後）、試験片が破断する前に耐えられる最大応力を引張強度と呼びます。これは、材料が均一な塑性変形から局所的な集中塑性変形への移行の臨界値です。
引張強度は、材料の破壊や損傷に対する抵抗能力を反映します。引張強度が大きいほど、材料は破壊に対してより強い抵抗能力を持っています。
変形要件が低い部品の場合、製品の変形を屈服応力によって制御する必要はありません。通常、引張強度が設計および材料選択の基準として使用されます。
塑性
塑性とは、材料が破断する前に耐えられる最大の塑性変形の能力を指します。延伸率と面積縮小率は一般的に使用される測定指標です。
膨張率: δ=(L1-L)/L*100%
L 1: 試験片が折れる後のゲージ長さ。
L: 試験片の元のゲージ長さ。
面積縮小率: ψ=(A-A1)/A*100%
A 1: 試験片の破断時の最小断面積。
A: 元の断面積。
延伸率と面積縮小率が大きいほど、材料の塑性は優れています。この二つを比較すると、面積縮小率は収縮が試験片の長さに依存しないため、真のひずみに近い塑性を示します。
優れた塑性は金属材料加工の必要条件です。同時に、材料が一定の塑性を持つことで、機械部品の信頼性が向上し、機械部品の突然の破断を防ぐことができます。
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