はじめに:強みの種類

材料の強度は、変形したり壊れたりする前に荷重に耐える能力です。金属にはさまざまな種類の強度があり、強度と硬度、および特定の用途への適合性を判断するために注意深く分析する必要があります。通常、私たちは 硬度計 オブジェクトの硬度をテストします。

一部の材料は、硬度と強度が高いため、他の材料よりも特定の種類の用途に適しています。材料の強度を理解することは、さまざまな規制順守に準拠する最終製品の安全性と高品質を確保するのに役立ちます。金属のさまざまな種類の強度について、以下で説明します。

圧縮強度

材料の圧縮強度は、圧縮または圧搾される前に耐えることができる最大の力です。

材料の圧縮強度は、圧縮のために加えられた力に抵抗します。材料が異なれば、圧縮強度の限界に達すると反応も異なります。この時点で破損する材料もあれば、不可逆的に変形する材料もあります。

圧縮強度は、万能試験機を使用して測定し、最大荷重を試験片の断面積で割って計算します。

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圧縮強度は、建設部門での材料の適合性を判断するために使用される一般的で重要な指標です。圧縮強度の測定は、試験方法や試験環境の影響を受ける場合があります。

抗張力

引張強さは、材料が引き離されたり壊れたりする前に耐えることができる応力または力の最大量です。これは、総力を試験片の元の断面積で割って計算されます。

これは通常、ポンド/インチ(psi)で表されます。引張強度のSI単位はパスカル(Pa)です。

試験片の引張強さは、試験片を引張り計で一定のひずみで破壊するまで引っ張ることによって測定されます。一部の材料は、塑性変形せずに急激に破損します。これは、脆性破壊として知られています。

より延性のある他の材料は、少量の塑性変形を受けてから、破壊する前にネックアウトします。引張強度は、さまざまなタイプのアプリケーションへの適合性を評価するための金属強度の重要な測定値です。

衝撃強度

材料の衝撃強度は、材料が破損する前に突然の力や衝撃を吸収する能力です。これは、エネルギー、つまり変形と破壊の過程で材料によって吸収される機械的エネルギーの量で表されます。

材料の衝撃強度は、材料が脆性または延性のどちらで作用するかを決定するために使用される重要な指標です。それは材料の靭性の公正な考えを与えます。

 

曲げ衝撃試験は、一般的に試験片の衝撃強度を決定するために使用されます。温度を下げると、試験片の衝撃強度が大幅に低下することは、材料の脆性温度を示します。試験片の衝撃強度の信頼できる推定は、脆性温度を超える温度でのみ可能です。

材料の衝撃強度に影響を与える要因には、その体積、弾性係数、降伏強度、および材料セクション全体の力の分布が含まれます。

降伏強さ

降伏強度は、材料が頑固または延性の程度を判断するのに役立ちます。材料が完全に塑性になり、降伏するポイントは、降伏ポイントと呼ばれます。

降伏強度は、試験片の永久変形が発生する応力の量です。降伏点に達する前に、材料は弾性変形し、元の形状に戻ります。ただし、降伏点に達すると、変形は塑性的で不可逆的です。

降伏強度は、材料の弾性挙動の限界を示しています。鉄のような延性のある金属は、プラスチックよりも高い降伏強度を持っています。降伏強度は、建設および土木工事での使用の適合性を判断するためにエンジニアによって使用されます。

世界最強の素材の詳細

世界で最も強力な材料のいくつかの詳細を以下に示します。

鋼は純粋な金属ではなく、鉄、炭素、その他の元素を組み合わせて作られた合金です。鉄は炉内で加熱され、不純物が除去された後、炭素が添加されます。マンガン、ニオブ、バナジウムなどの他の元素を追加すると、鋼の強度が高まります。

 

鋼は、世界で最も一般的に使用されている金属の1つです。さまざまな用途があり、主に輸送、インフラストラクチャ、建設などで使用されます。

ほとんどの現代的な建物やその他の構造物は、鋼を多用しており、鋼をまとめるのに役立ちます。鋼合金にはさまざまな種類があります。

ステンレス鋼は、通常の鋼に少なくとも11%クロムを添加することによって製造される、錆びない腐食のない合金鋼です。マルエージング鋼は、ニッケルなどの元素を添加して作られています。炭素含有量が少なく、非常に強力であるため、ロケットやミサイルの外板、フェンシングブレードなどの高度なアプリケーションに最適です。

チタン

チタンは銀色の金属で、軽量で引張強度が高いです。それは主に独創的な岩石の酸化物として地球上に豊富に見られます。硬質金属ですが、一部の熱処理鋼ほど硬くはありません。また、ダイヤモンドほど強くも硬くもありません。

ただし、引張強度と密度の比はタングステンよりも高くなりますが、モース硬度ではタングステンに比べてランクが低くなります。

 

鋼よりもチタンを使用することの明確な利点の1つは、軽量であることです。チタンは、鉄、アルミニウム、バナジウムなどの他のさまざまな金属とブレンドされて、より強く、より硬い合金を形成します。

これらのチタン合金は、用途が広く、軽量で、非常に耐久性があり、自動車、航空宇宙、航空、およびその他の産業用途でさまざまな用途があります。

航空機部品の製造に一般的に使用されています。チタンは腐食や錆にも強く、さまざまな用途に人気があります。

タングステン

タングステンは、1781年にカール・シェールによって発見されたレアメタルです。融点が非常に高く、極限強度が1510メガパスカルであり、地球上で最も硬い金属の1つです。

色はメタリックグレーで、最も純粋な形に精製すると、多くの種類の鋼よりも強度があります。すべての純金属の中で、タングステンは最高の融点、最低の気化点、最高の引張強度を持っています。

また、すべての純金属の中で熱膨張係数が最も低いことも知られています。タングステンのほとんどは、硬い材料、特に炭化タングステンの製造に商業的に使用されています。

ナイフ、ドリル、旋盤などの製造に使用されます。また、電気および軍事用途でも一般的に使用されます。タングステンを鋼と合金化することにより、タングステンの靭性を大幅に向上させることができます。

 

インコネル

インコネルは、1940年代に最初に開発されたニッケル-クロム超合金です。インコネル合金の正確な組成はかなり異なりますが、それらはすべてニッケルとクロムを2番目の元素として組み合わせたものです。耐酸化性と耐食性のある合金であり、高圧と運動エネルギーにさらされる極端な環境での使用に最適です。

インコネルは、高温でも影響を受けない高強度が特徴です。これにより、アルミニウムや鋼が熱に負けるような非常に高温のアプリケーションでの使用に最適です。

 

インコネルは極端な作業条件に耐えることができる非常に硬い合金であることを考えると、航空宇宙や自動車などの業界で一般的に使用されています。また、ガスタービンブレード、井戸モーターポンプシャフト、化学処理プラント、原子力加圧水型原子炉などでも一般的に使用されています。

ダイヤモンド

ダイヤモンドは地球上で最も硬い鉱物です。それは炭素の同素体であり、最も硬い天然に存在する鉱物です。これは、すべての天然素材の中で最も圧縮率が低く、最高の熱伝導体です。

ダイヤモンドの硬度はモース硬度-10の最高レベルです。クォーツの1000倍、コランダムの150倍の硬さです。

ロックウェルスケールでは、ダイヤモンドの硬度は98.07 HRCですが、チタンの硬度は同じスケールで36HRCです。

 

ダイヤモンドは世界で最も硬い既知の鉱物であるため、ドリルビット、ロックドリルカッター、切削工具インサート、押出ダイ、光学研削工具、ボールベアリングのコーティングなどの製造に広く使用されています。

ダイヤモンドは優れた半導体特性も備えているため、高出力トランジスタ、高温集積回路、圧電デバイスなどの製造にも一般的に使用されています。また、圧子として硬度試験にも使用されています。

クロム

クロムは地球上で最も硬い既知の金属であり、モース硬度で8.5と測定されます。また、融点が高い。室温で反強磁性を示しますが、摂氏30度を超えると常磁性体に変化します。

鏡面反射率が高いため、反射目的のコーティングに使用されます。

また、腐食や錆に非常に強いため、腐食から保護するための外面のコーティング材料として人気があります。このため、鋼と混合して腐食や錆のないステンレス鋼合金を形成します。

 

また、自動車部品の腐食から保護し、視覚的な魅力を高めるコーティングにも使用されます。約85%のクロムが金属合金の製造に使用され、残りは染料や塗料、木材防腐剤、なめし、耐火材料、炭化水素製造の触媒などに使用されていると推定されています。

窒化ホウ素

窒化ホウ素は、ホウ素と窒素の化合物です。それは多くの結晶形で存在します。窒化ホウ素のウルツ鉱型はまれであり、ダイヤモンドよりもさらに硬いと考えられています。シミュレーションの結果に基づくと、この形態の窒化ホウ素は、ダイヤモンドよりも18%硬いと考えられています。

ただし、この鉱物はごく少量しか存在しないため、実験的に主張を検証するための広範なテストは行われていません。

窒化ホウ素は、非常に高度な化学的および熱的安定性を示します。化粧品、塗料、歯科用セメント、鉛筆の芯などに使用されています。

 

優れた熱的および化学的安定性により、高温機器の部品の製造にも使用されます。さまざまな金属、セラミック、プラスチック、ゴムなどに添加して、それらに自己潤滑性を与えることができます。これらの材料は、ボールベアリングの製造や鋼の製造に最適です。

ロンズデーライト

ロンズデーライトは、六角形の格子を持つ炭素の同素体であるため、一般に六角形のダイヤモンドとも呼ばれます。グラファイトを含む隕石が地球に衝突すると自然に発生します。

隕石の衝突の極端な熱と圧力は、グラファイトをダイヤモンドに変換しますが、ロンズデーライトの重要な特性である六方晶の結晶格子を保持します。

キャニオンディアブロ隕石のストライキ中に1967年に最初に発見されました。それ以来、グラファイトを圧縮および加熱するか、化学蒸着によって設置された実験室でも製造されています。

ロンズデーライトは半透明で茶色がかった黄色で、硬度はダイヤモンドより58%高いと考えられています。ダイヤモンドは97Gpaで破壊されると考えられているのに対し、152Gpaの押し込み圧力に抵抗することも知られています。ロンズデーライトは、窒化ホウ素の炭素-炭素結合が窒化ホウ素のホウ素-窒素結合よりもはるかに強いため、窒化ホウ素よりも強力です。

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グラフェン  

グラフェンは、2次元の六角形の格子状に存在する炭素の同素体です。

グラフェンには多くの重要な特性があり、最強の鋼の少なくとも100倍の強度があることが知られています。それはほぼ透明で、熱と電気の優れた伝導体です。グラフェンの引張強度は130Gpaであり、これまでに発見された中で最も強力な材料の1つです。

グラフェンは非常に強いだけでなく、非常に軽いです。重さは1平方メートルあたり約0.77mgで、1平方メートルの紙の重さの1000分の1です。

 

グラフェンはいくつかの驚くべき特性を持っていることが知られており、多くの新機能がまだ発見されています。生物工学、光学エレクトロニクス、水ろ過システムの開発などの分野で一般的に使用されています。将来的には、現在使用されているものの何倍も強力で軽量な複合材料の作成にグラフェンが使用されることが期待されます。金属および合金。

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