技術資料

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構造解析用語
歪み硬化 (strain hardening)

金属のような材料が外部から荷重を受け塑性変形(plastic deformation)と呼ばれる永久的な変形を起こすことは、金属内の結晶体の転移(dislocation)と呼ばれる滑りより起因します。ところが、塑性変形が続行されると、結晶体の転移は継続的に増加することなく減速される特性を示します。その理由としては、すでに転移した結晶体の追加的な転移に抵抗しようとする性質があるためです。その結果、追加の塑性変形を発生させるには、前よりも大きな荷重が必要になります。このような現象を歪み硬化と呼び、最終的には材料の剛性を増加させる結果を招きます。

歪み硬化を加工硬化(work hardening)とも呼び、金属板材の曲げ、ドローイング(drawing)加工のような冷間成形(cold forming)の基本的な原理になります。これらの歪み硬化は融解点(melting point)が高い材料ほど顕著になり、その理由としては、結晶体の転移が融解点に近い温度ですべて破棄により硬化現象が消えるためです。これらの特性を利用したのが緩み(annealing)工程で材料を融解点に近い温度に上昇させ、結晶体の転移をすべて削除し硬化された材料を元の状態に復元させることです。

歪み硬化を示す材料の応力-歪み線図(stress-strain diagram)は、塑性領域から一定の傾きを持つ直線ではなく、上に凸形状の曲線で表現されます。数学的には、 の形で冪関数(power function)で表現されます。ここで、Kは材料固有の物質定数、nは硬化指数(hardening index)を意味します。参考として歪みの増加に応じて、材料の剛性が減少する現象も発生するが、これを歪み軟化(strain softening)と呼びます。

 

 
 
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