金属材料の基礎知識

金属材料とは、金属元素または金属元素を主成分とする金属特性を持つ材料の総称です。 純金属、合金、金属材料、金属間化合物、特殊金属材料を含みます。 （注：金属酸化物（アルミナなど）は金属材料ではありません）

   

1.意味
人類の文明の発展と社会の進歩は、金属材料と密接に関係しています。石器時代以降、青銅器時代と鉄器時代はすべて、時代の重要な象徴として金属材料の適用を使用していました。現代では、多種多様な金属材料が人間社会の発展のための重要な材料基盤になっています。

2.タイプ
金属材料は、一般的に鉄金属、非鉄金属、特殊金属材料に分けられます。

（1）鉄鋼材料としても知られる鉄鋼には、90％を超える鉄を含む工業用純鉄、2％から4％の炭素を含む鋳鉄、2％未満の炭素を含む炭素鋼、および構造用鋼、ステンレス鋼が含まれます。 、耐熱鋼、高温合金、ステンレス鋼、精密合金など。広義の鉄金属には、クロム、マンガン、およびそれらの合金も含まれます。

（2）非鉄金属とは、鉄、クロム、マンガンを除くすべての金属とその合金を指します。それらは一般に、軽金属、重金属、貴金属、半金属、希土類金属、および希土類金属に分類されます。非鉄合金の強度と硬度は一般に純金属よりも高く、抵抗は大きく、抵抗の温度係数は小さくなります。

（3）特殊金属材料には、さまざまな目的のための構造用金属材料と機能性金属材料が含まれます。それらの中には、急速凝縮プロセスによって得られるアモルファス金属材料、ならびに準結晶、微結晶、ナノ結晶金属材料などがあります。ステルス、水素耐性、超伝導、形状記憶、耐摩耗性、振動減衰などの特殊機能合金。および金属ベースの複合材料。

3.パフォーマンス
一般に、プロセスパフォーマンスとパフォーマンスの2つのタイプに分けられます。いわゆるプロセス性能とは、製造部品の処理中に指定された低温および高温の処理条件下での金属材料の性能を指します。金属材料のプロセス性能の品質は、製造プロセス中の処理および成形への適応性を決定します。加工条件が異なるため、鋳造性能、溶接性、鍛造性、熱処理性能、切削加工性など、必要な加工性能も異なります。

いわゆる性能とは、機械的性質、物理的性質、化学的性質などを含む、機械的部品の使用条件下での金属材料の性能を指します。金属材料の性能の品質は、その範囲と耐用年数を決定します。機械製造業では、一般的な機械部品は常温、常圧、非常に強い腐食媒体で使用されており、使用時に機械部品ごとに異なる荷重がかかります。荷重下での損傷に対する金属材料の耐性は、機械的特性（以前は機械的特性としても知られていました）と呼ばれます。金属材料の機械的特性は、部品の設計と材料の選択の主な基礎です。加えられる荷重の特性（引張、圧縮、ねじれ、衝撃、繰り返し荷重など）が異なり、金属材料に必要な機械的特性も異なります。一般的に使用される機械的特性には、強度、塑性、硬度、衝撃靭性、複数の耐衝撃性、および疲労限度が含まれます。

金属材料の特性

1.倦怠感
多くの機械部品とエンジニアリングコンポーネントは、交互の負荷の下で動作します。交流荷重の作用下では、応力レベルは材料の降伏限界よりも低くなりますが、長期間の繰り返し応力サイクルの後、突然の脆性破壊も発生します。この現象は金属材料の疲労と呼ばれます。金属材料の疲労破壊の特徴は次のとおりです。

（1）負荷応力が交互になっています。
（2）負荷の作用時間が長くなります。
（3）骨折は瞬時に発生します。
（4）塑性破壊帯では、プラスチック材料と脆性材料の両方が脆い。したがって、疲労破壊は、エンジニアリングにおける最も一般的で危険な形態の破壊です。

金属材料の疲労現象は、さまざまな条件に応じて次のタイプに分類できます。
（1）高サイクル疲労：低応力下で応力サイクルが100,000を超える疲労を指します（作業応力は材料の降伏限界を下回っているか、弾性限界を下回っています）。これは最も一般的なタイプの疲労損傷です。高サイクル疲労は一般に疲労と呼ばれます。

（2）低サイクル疲労：高応力（使用応力が材料の降伏限界に近い）または高ひずみ下での疲労を指し、応力サイクル数は10000〜100,000未満です。この疲労破壊では、交互の塑性ひずみが大きな役割を果たしているため、塑性疲労またはひずみ疲労とも呼ばれます。

（3）熱疲労：温度変化による熱応力の繰り返し作用によって引き起こされる疲労損傷を指します。

（4）腐食疲労：交互の負荷と腐食性媒体（酸、アルカリ、海水、活性ガスなど）の複合作用下での機械部品の疲労損傷を指します。

（5）接触疲労：機械部品の接触面を指します。接触応力が繰り返されると、ピッチング剥離や表面破砕、剥離が発生し、機械部品の故障の原因となります。

2.可塑性
可塑性とは、荷重下で外力の作用下で破壊されることなく、永久変形（塑性変形）を生成する金属材料の能力を指します。金属材料を伸ばすと、その長さと断面積の両方が変化します。したがって、金属の塑性は、長さの伸び（伸び）と断面の収縮（断面の収縮）の2つの指標で測定できます。

金属材料の伸びと断面収縮が大きいほど、材料の可塑性が向上します。つまり、材料は破壊されることなく、より大きな塑性変形に耐えることができます。一般的に、伸びが5％を超える金属材料はプラスチック材料（低炭素鋼など）と呼ばれ、伸びが5％未満の金属材料は脆性材料（ねずみ鋳鉄など）と呼ばれます。塑性の良い塑性材料は、より広い範囲で塑性変形を起こすことができると同時に、塑性変形によって金属材料が強化されるため、材料の強度が向上し、部品の安全な使用が保証されます。さらに、良好な可塑性を備えた材料は、スタンピング、冷間曲げ、冷間引抜き、および矯正などの特定の成形プロセスによって正常に処理できます。したがって、機械部品として金属材料を選択する場合は、特定の塑性指標を満たす必要があります。

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