鋼鉄について話すとき、私たちは建設、製造、エンジニアリングで使用される最も頑丈で多用途な材料の 1 つについて言及することがよくあります。しかし、鋼鉄がなぜそれほど強いのでしょうか? 重要な要素は、その引張降伏強度です。これが何を意味し、なぜ重要なのかを詳しく見ていきましょう。
引張降伏強度とは何ですか?
引張降伏強度は、材料が永久変形し始める前に、引き伸ばされた状態でどの程度の応力に耐えられるかを示す指標です。簡単に言えば、鋼鉄が形状を変えずに耐えられる単位面積あたりの最大力です。輪ゴムを引っ張る様子を想像してください。輪ゴムは切れる前に伸び、元の形状を失い始めるポイントは降伏強度とほぼ同じです。
降伏強度の基礎
降伏強度 材料が永久的に変形し始める前に耐えられる最大の応力を指します。弾性（一時的）変形から塑性（永久的）変形への移行を示します。
- 弾性変形: 応力が除去されると、材料は元の形状に戻ります (例: 輪ゴムを伸ばす)。
- 塑性変形: 材料は変形後も新しい形状を保持します (例: ペーパークリップを曲げる)。
応力-ひずみ曲線において、降伏強度は曲線が直線から外れ、永久変形の開始を示す点です。降伏強度を理解することで、エンジニアは永久的な損傷を生じることなく荷重に耐えられる材料を選択し、構造の完全性、安全性、効果的なパフォーマンスを確保できます。
鋼の降伏強度とは何ですか?
鋼の降伏強度は、鋼の種類と合金によって大きく異なります。通常、降伏強度は、軟鋼の 220 MPa (32,000 psi) から、特殊な高強度合金の 1570 MPa (228,000 psi) までの範囲です。
A36鋼の降伏強度
A36 鋼の最小降伏強度は 250 MPa (36,000 psi) です。極限引張強度は 400 MPa ～ 550 MPa (58,000 psi ～ 80,000 psi) の範囲です。
304ステンレス鋼の降伏強度
304 ステンレス鋼の降伏強度は約 205 MPa (30,000 psi) です。
303ステンレス鋼の降伏強度
303 ステンレス鋼の降伏強度は約 415 MPa (60,200 psi) です。
316ステンレス鋼の降伏強度
グレード 316 ステンレス鋼板は、207% オフセットで最小降伏強度 30,000 MPa (0.2 psi)、最小引張強度 517 MPa7 (5,000 psi) を備えています。
17-4ステンレス鋼の降伏強度
17-4ステンレス鋼 降伏強度が 1,100 MPa ～ 1,300 MPa (160,000 psi ～ 190,000 psi) と非常に高い強度で知られています。
1018鋼の降伏強度
1018 鋼の降伏強度は約 370 MPa (53,700 psi) です。
グレード400鋼の降伏強度
グレード 400 鋼の最小降伏強度は 420 MPa (61,000 psi)、最小極限引張強度は 620 MPa (90,000 psi) です。
4140鋼の降伏強度
4140 鋼の降伏強度は通常 62,000 psi (427 MPa)、引張強度は 89,000 psi (614 MPa) です。
鋼の降伏強度を計算する方法は？
ε = 0.20 × 10⁻⁶ σ + 0.20 × 10⁻¹² σ³（σ は kPa 単位、オフセットは 0.5%）の式で表される応力-ひずみ図を使用して鋼の降伏強度を決定するには、次の手順に従います。
- オフセットひずみを特定する: 0.5% オフセットの場合、ひずみ ε は 0.005 です。
- εを式に代入する: ε = 0.005 に設定し、方程式の σ を解きます: 0.005 = 0.20 × 10⁻⁶ σ + 0.20 × 10⁻¹² σ³。
- σを解く: 三次方程式を整理して解くと、σ = 2810.078 kPa となります。
したがって、鋼の降伏強度は約 2810.078 kPa になります。
鋼の降伏強度を高めるにはどうすればいいですか?
中マンガン (Mn) 鋼の降伏強度を高めるには、硬いマルテンサイト マトリックスを強化するプロセスを選択できます。効果的な方法は 2 つあります。
- クエンチングとパーティショニング（Q&P）このプロセスでは、鋼を急速に冷却してマルテンサイトを形成し、その後再加熱して炭素を拡散させ、より強力な鋼マトリックスを形成します。
- インタークリティカルアニーリングとQ&Pの組み合わせこの方法では、まず鋼をフェライトとオーステナイトの両方が存在する温度まで加熱し、その後Q&P処理を行って微細構造を改良し、強度を高めます。
これらの技術は、鋼の微細構造を最適化することで降伏強度を大幅に向上させるのに役立ちます。
鋼の降伏強度をテストする方法は?
鋼の降伏強度をテストする最も一般的な方法の 1 つは、引張試験です。この方法では、鋼のサンプルを変形するまで引っ張り、応力とひずみの関係に基づいて降伏強度を測定します。引張試験は正確で信頼性の高い結果をもたらしますが、破壊的であり、時間がかかります。そのため、通常は同じバッチの材料の降伏強度を評価して一貫性を確保するために使用されます。
降伏強度に影響を与える要因
鋼の降伏強度にはいくつかの要因が影響します。
- 合金元素炭素、クロム、モリブデンなどの元素を添加すると、鋼の微細構造が変化して降伏強度が高まり、変形に対する耐性が向上します。
- 熱処理焼入れや焼戻しなどの処理により、鋼の結晶構造が変化して降伏強度が向上し、機械的特性が向上します。
- 冷間加工圧延や鍛造などの方法により室温で鋼を変形すると、材料の構造に転位が導入されて降伏強度が増加し、硬くなります。
これらの要素が連携して、さまざまな用途や性能要件に合わせて鋼の降伏強度を調整します。
降伏強度と引張降伏強度
降伏強度と引張降伏強度はしばしば同じ意味で使用されますが、わずかに異なる概念を指すこともあります。降伏強度は、材料が永久に変形し始めるまでに耐えられる応力の量であり、引張降伏強度は、特に引張試験中に測定される降伏強度を指します。
降伏強度を表す記号は何ですか?
降伏強度の記号は σY です。ここで、σ は工学的応力を表し、下付き文字の「Y」は「降伏」を表します。さらに、状況によっては「SY」または「SX」という表記も降伏強度を示すのに使用できます。この表記は、降伏強度を工学における他の応力または強度の測定と区別するのに役立ちます。
降伏強度 0.2% とはどういう意味ですか?
0.2% 降伏強度とは、永久ひずみが 0.2% の状態で材料が塑性変形し始める応力値を指します。この指標は、材料が弾性挙動から塑性挙動に移行するポイントを定義するために使用され、不可逆的な変形を受ける前に耐えられる最大応力を示します。
ボルトの降伏強度を計算する方法は?
直径 5 mm、降伏荷重 12 psi のグレード 90,000 ボルトの場合:
- 直径をインチに変換します: 12 mm = 0.472 インチ。
- 断面積を計算します。 面積 = π × (0.472/2)² ≈ 0.175 平方インチ.
- 降伏強度を計算します。 降伏強度 = 90,000 psi / 0.175 in² ≈ 514,286 psi.
まとめ
降伏強度は、鋼の強度と耐久性を決定する重要な要素です。降伏強度を理解することで、エンジニアや設計者は安全性と性能を確保するための材料と設計仕様について十分な情報に基づいた決定を下すことができます。
降伏強度や鋼材についてご質問や詳細情報が必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。BOYIでは、精度が重要であることを理解しています。そのため、専門家によるサービスを提供しています。 CNC機械加工サービス お客様のビジネスのために高品質の金属部品を製造します。高度な設備と熟練した職人の技により、すべての部品が最も厳しい業界の要件を満たすことを保証します。
より多くのリソース：
鋼の融点 — 出典: BOYI
白鋼は錆びますか？ — 出典: BOYI
Q＆A
0.2% 耐力は、降伏強度の特定の尺度です。これは、材料に 0.2% の塑性変形を引き起こすために必要な応力を指します。特に明確な降伏点のない材料では、降伏強度に近似しますが、常に同じになるわけではありません。
耐力と降伏強度はどちらも材料の応力に対する耐性を示す指標ですが、降伏強度は材料が永久変形する前に処理できる最大応力を表し、耐力はエンジニアリングや安全目的で使用される実用的な尺度となります。
引張強度は、材料が破損することなく軸方向の荷重（引っ張り力または伸張力）に耐える能力を測定する重要な特性です。引張強度の優れた例として、 スチールケーブル in 吊り橋.
カタログ： マテリアルガイド
この記事は、BOYI チームのエンジニアによって執筆されました。Fuquan Chen は、ラピッドプロトタイピング、金型製造、プラスチック射出成形の分野で 20 年の経験を持つプロのエンジニア兼技術専門家です。
