引っ張り強度って何？様々な製品のラベルにこの言葉が書かれているのを見ると、この疑問が浮かんでくる。引張強さとは、材料がどれだけ強いかを示す指標と考えられている。しかし、この用語は広範囲に及ぶため、これは完全な情報ではありません。多くの産業が原材料を選択する際にこの用語に頼っています。
引張強さの本当の意味を知ることは、最も重要なことである。なぜか？それは、異なる材料の能力と耐久性を示すからだ。引張強度が低い材料は強度が低く、その逆もまた然りです。この記事では、引張強度とそれを正しく測定する方法に焦点を当てます。それでは始めましょう！
引張強さの概要
引張強さとは、材料が破断するまでに受けることのできる力や応力のことである。簡単に言えば、材料が力を維持できなくなる応力の点である。その結果、材料は元の形状に戻ることなく破断します。それぞれの素材には固有の引張強度があります。引張強度の高い材料は耐久性に優れています。
引張強さの国際単位はパスカルである。しかし、他の単位も引張強さを表すのに使われることがある。例えば、アメリカのシステムではポンド・フォース・パー・スクエアインチ（psi）が使用されている。引張強度が高ければ高いほど、その材料はより良く、より強くなります。例えば、アルミニウムの引張強度は約5800～7200PSIです。
反面、ゴムの引張強度は約2100 PSIであり、アルミニウムの方がより頑丈であることを示している。アルミニウムが壊れるには、より大きな力や応力が必要になります。なぜ引張強さを知る必要があるのか不思議に思うかもしれません。私たちはその強度に基づいてさまざまな材料を使用していることを覚えておいてください。例えば、あなたのプロジェクトに弱い材料を使いたいですか？
答えはNOだろう！しかし、その素材が頑丈かどうか、高い応力に耐えられるかどうかをどうやって知ることができるでしょうか？そこで引張強度が登場する。引張強度は、材料が破断するまでにどれだけの応力に耐えられるかを測定するものです。そのため、メーカーはプロジェクトのニーズに応じて材料を選択する。
強度だけでなく、さまざまな素材の弾力性についても。そのため、メーカーは十分な情報を得た上で決断を下す。引張強度を知らなければ、間違った選択をしてしまう。提供者が強度を必要とする間違った材料は、苦痛以外の何物でもない。
引張強度の重要性
メーカーはさまざまな製品を作るときに、さまざまな素材を使う。そうだろう？その素材は金属であったり、ゴムであったり、プラスチックであったりする。それぞれの製品が使われる場所によって、必要な強度が違う。金属はどれも強そうですね。金属で構成された製品は頑丈だと言うでしょう。
だから、金属は強い製品を作るために使われるべきだ。しかし、それではうまくいかない。金属によって引張強さは異なる。そこで、メーカーはこれらの金属の引張強さを測定する。引張強度を測定することで、最適な材料を使用することができる。例えば、製品を耐久性のあるものにするために、より頑丈な材料を使用する。
似たようなゴムの種類がある。それぞれ強度が異なる。そのため、それらの用途も引張強度に基づいている。引張強さを測定することで、ゴム素材がどれだけの弾性を持つかがわかる。簡単に言えば、その素材がどれだけ引っ張ったり伸ばしたりすることに耐えられるかということだ。
それが可能なのは、引張強さの測定値によるものだ。どのような製品や材料を購入する際にも、引張強さを測定する必要があるのでしょうか？答えはNOです！その必要はない。様々な製品にこの値が書かれたラベルが貼られています。引張強度とその測定は、製造業者にとってのみ不可欠なものなのです。
材料の引張強さを測定するには？
各種引張試験機 は引張強さの測定に使用される。試験機にはそれぞれ特徴があり、作業方法も異なる。材料を保持するためのポイントが4つある機械もあれば、ポイントが2つのシンプルな機械もある。
1- 試料の準備
材料の引張強さを求める正確なプロセスについて説明しよう。まず、試験機には小さな試験片（サンプル）を使います。材料が大きすぎる場合は、切断しなければなりません。この試験で必要なのは試験片だけであることを忘れないでください。例えば、ゴムの材料が大きすぎるとします。
このテストでは、機械に収まるようなこの素材の小片を取る。小片が示す特性は、素材全体の特性を示す。例えば、試験中、ゴム素材はすぐに壊れてしまう。これは、素材全体が弱く、壊れやすいことを意味する。
2- マシンの使用
先ほど申し上げたように、引張試験機には2点、3点、あるいは4点のポイントがあります。それぞれの点が材料を保持します。今回は2点式の引張試験機を使って説明します。まず、ポイントの端で材料をクランプします。次に、ワークピースの第2面を別のポイントでクランプします。
完了したら、マシンのスイッチを入れます。ポイントはワークピースに応力を加えます。どちらの機械ポイントも、材料を反対方向に引き伸ばすことを覚えておいてください。例えば、1つのポイントが材料を上に引っ張れば、もう1つのポイントは材料を下に引っ張ります。その結果、材料は引き裂きや膨張による応力に直面することになる。
機械は一貫して応力/力を増加させ続けます。機械は加えた力と伸びを記録することを忘れないでください。材料が伸びなくなる時が来る。破断するか、どちらかです。簡単に言えば、それ以上の応力や力を維持できなくなるのです。
これは、素材が耐えられる最も高い伸張段階です。この時点で、機械は材料の力と伸び（断面積）を記録します。この力と断面積から正確な引張強さを求めることができます。以下はその式である：
引張強さ＝力（F）÷断面積（A）
A 万能引張チェッカー は画面に力と面積の両方を表示する。材料が破断したときに、これらの測定値を記録しておく必要があります。これらの値を計算式に使用することで、その材料の正確な引張強さを測定することができます。
引張強さの種類
引張強さには様々な種類がある。この分類は、異なる強度レベルの下で材料がどのように振る舞うかに基づいています。これらのタイプは似ているように聞こえるかもしれませんが、それぞれ異なります。以下はそのリストである：
- 降伏強度
- ブレークポイント
- 極限引張強さ
簡単に言えば、3つの段階だ。応力を加えると、材料は壊れるまでにいくつかの段階を経る。例えば、最初の材料は応力によって形状が変化する。しかし、応力を取り除くと元に戻ります。材料が永久的に変形する点を降伏点と呼びます。このレベルでは、材料が元の形状に戻ることはありません。
材料が破断する点を破断点と呼ぶ。一般に、破断点と極限引張強さは似ている。UTSもまた、材料がそれ自体に損傷を与える前に耐えることができる高い応力のポイントを表します。しかし、破断点で材料は壊れます。このレベルを超えると、わずかな圧力にも耐えられなくなります。
引張強さに影響する要因
さまざまな材料の引張強さに影響を与える要因がある。それらの要因のリストは以下の通りである：
- 熱への露出
- 加熱処理
- 素材構成
- 製造工程
材料が熱にさらされたままだと、引張強さは低下する。同様に、低温では引張強さは増加する。しかし、この強度の変化は一般的に非常に小さい。熱暴露と熱処理は異なるものである。熱処理とは、熱を戦略的に利用して材料を改質することである。
例えば、メーカーは引張強度を低下させる熱処理工程である焼きなましを使用する。逆に、焼入れも引張強さを増す熱処理である。材料の組成も引張強さに影響を与える要因のひとつです。純金属は一般に合金よりも引張強度が低い。
材料が破断する点を破断点と呼ぶ。一般に、破断点と極限引張強さは似ている。UTSもまた、材料がそれ自体に損傷を与える前に耐えられる高応力点を表しています。しかし、破断点で材料は壊れます。このレベルを超えると、わずかな圧力にも耐えられなくなる。
よくある質問
引張強さの測定に使われる単位は？
パスカル（Pa）は、国際的に引張強さを測るのに使われる単位である。ただし、MPa、PSI、PSIなど、他の単位でも表すことができる。
引張強さと降伏強さの違いは何ですか？
引張強さは、材料が破断する最も高い応力点である。降伏強度は、材料が永久的に変形し始めるときである。このレベルでは破断しないが、元の形状には戻らない。
引張強さは改善できるのか？
はい、素材の引張強度を向上させることができます。例えば、不純物を加えることで硬度や引張強度を上げることができます。さらに、加熱処理の違いによっても、材料の引張強さは変わります。
結論
興味深いことに、引張強さは製品の品質に不可欠な役割を果たす。これは、メーカーが製品に適した材料を選択するのに役立ちます。自動車や航空宇宙などの産業は、引張強さに依存しています。信頼性の高い製品を製造するために、材料を選択する際にこのパラメータを使用します。
材料によって引張強さは異なることを覚えておいてください。この記事では、引張強さを測定する方法の完全なプロセスを説明します。要するに、引張試験機があればOKということです。この記事が、材料の引張強さを計算する際の価値を高めることを願っています。