加工硬化とは塑性変形により変形した部分が硬くなること。繰り返すと脆くなる。

工学37閲覧

ベストアンサー

1

1人がナイス!しています

ThanksImg質問者からのお礼コメント

皆様丁寧な回答ありがとうございました。どの回答もなるほどと納得しました。 ベストアンサーには1番早く回答して頂いた方を選ばさせて頂きたいと思います。 ありがとうございました!

お礼日時:2/26 16:30

その他の回答(5件)

0

金属では「すべり機構」を介して塑性変形が行われます。これに付随して「加工硬化」が生じます。すべり機構と別に加工硬化が賦与されるかとのご想像に根拠がありません。 すべり変形がある程度積み重なると、すべり機構の働きが困難になって、「滑るよりもき裂の発生で応力解放が行われる」ことになる・・・・これがすべり破壊の発生となるとご理解ください。

0

「硬い」とは。 https://kotobank.jp/word/%E7%A1%AC%E3%81%95-44933 に「物体がその輪郭を変えにくい程度」とあります。これは納得できると思います。 では「脆い」とは。 https://kotobank.jp/word/%E8%84%86%E3%81%84-647004 に「もとの形や状態がくずれやすい。こわれやすい。」とあります。 2つから、硬いものは脆くないことになり、質問者の疑問の通りになります。 なぜこうなってしまうのでしょうか。その原因は、脆いの説明にある「くずれる、こわれる」の考え方にあります。工学では「くずれる、こわれる」にも種類があることを考えます。 同じコトバンクの「脆性とは」 https://kotobank.jp/word/%E8%84%86%E6%80%A7-545614 に「物体が外力を受けたときに、あまり変形しないうちに破壊する性質。もろさ」とあります。 つまり「くずれる、こわれる」としても、崩れる前に大きく変形する場合は脆いとは言わないわけです。例えば柔らかい粘土は簡単に形がくずれてしますが、脆いとは言わないわけです。 「硬い」物は輪郭を変えにくい、すなわち変形しにくいので、力を加えても変形しません。しかし強い力を加えれば、変形しないまま破壊してしまいます。つまり脆いわけです。

1

「相反する」という意味が文学的ですね。 僕もやや文学的に書いておきます。まず,硬いというのは 硬さ(hardness)です。脆さ(brittleness)とは異なる特性です。無関係 とは言いませんが,すべての物体で一対一に対応しているわけでも ありません。また強度(strength)もこの二つとは別のこと。ただし, 靭性(toughness)は脆さの反対語です。「かたい(剛い)」も強度や 硬さとは無関係でこれはstiffnessです。結晶の分子間力です。 硬くなるのは,既にご回答があるように,剛な弾性部分を越えて, 塑性変形が顕著になるレベルになり転位が動き出して軟化するわけ。 柔らかいわけ。でもそれが粒界や他の欠陥のまわりに蓄積すると 動けなくなるから硬くなるというイメージ。この硬くなる時点では 粒界などには多くの転位が累積してしまうから,亀裂のような, 空隙のようなものになってしまっている。これが,微視的な脆性を 強めてしまう,靭性を弱めてしまうので,硬くなったら脆くなると いう現象が表面的には見えるってわけ。 既にご回答にあるように,ガラスは硬いから脆いっていう状況に 鋼なども陥るというわけ。

1人がナイス!しています

あぁ,強度はその転位の蓄積には関係しますね。常温だと, その粒界の空隙がさらに発達して延性破壊 ductile fracture を起こすわけね。低温だと,亀裂のようなところの先端の 靭性が落ちているので,脆性破壊 brittle fracture が起きる。 前者がいわゆる強度で,後者がいわゆる靭性(破断に必要な エネルギーの大小)という言葉で表現されることが多い。

1

塑性変形では、金属結晶内で綺麗に積み重なった原子の並びの層が滑りを起こして変形しています。 しかし、結晶内には不純物が含まれており、それが多いと、積み重なった層は均質ではなく、層が滑るとあちこちで不純物による引っ掛かりが生じます。 引っ掛かりによって結晶はそれ以上は滑らなくなり、これが加工硬化です。純度の高い金属ほど加工硬化は起こり難いのです。 さらに断続的に外力を加え続けると、結晶粒界が滑り、結晶内部も同じ方向に壊れるようになります。結晶内は層に沿った滑りではなく結晶の並びを無視した断裂ですから、強度が低下します。この強度低下が脆さの原因です。

1人がナイス!しています

1

硬いと脆いが相反するというのはイメージがそもそもの間違い。 ガラスはとっても硬い部類の素材ですが、いとも簡単に割れます。 脆さに対応する要件は硬さではなく強さ(こわさ)です。

1人がナイス!しています