金属材料の延性と脆性についての質問

他に多様な批判記載があるが、小生は質問者さんが理解できていると考えています。
URLの前質問の加工硬化指数の貴殿が本来問い合わせしたかった、
＊ 材質が変わらなくて、加工の頻度と硬化の移り変わりを指数化しグラフ化
の関連質問だと考えています。
加工硬化指数は、各材質毎に加工の頻度に対する硬化（塑性加工性や延性）のまとめで、素材が
どれだけ塑性加工性があるかを示すくらいのものなので、希望内容/回答と異なったのでしょう。

さて、質問内容に対する見解を詳しく記載せよと批判があるようなので記載します。
基本は、経験を積んだエンジニアなら判る範囲の判断で略概ね判断し、入口での材質判断を
先ずします。
そして、詳細に詰めていく時、コストパフォーマンスと将来を見越したニーズが合致するような
ニッチな材料が見つかった時に、それを採用する。
将来を見越したニーズは、常にメモして記憶に貯金し、材料に関連がある人（商社や製鉄所の
友人、見本市、等々）に、確認をしてアンテナをはり、ニッチな材料を見つけるです。

小生は、その様な手法で開発を手掛けてきました。
さて、以下の補足に経験を積んだエンジニアなら判る範囲の判断を、他の回答者さんと重複
（ちょうふく）しますが、することにします。（貴殿の質問との対話方式となる手法にて）

> 脆性的な材料の脆性さを表す指標は何かありますでしょうか？
が、主題で、

> 一般的には材料自体の伸びを計測して、延性、脆性を判断、もしくは破面を見て判断していると
> 思うのですが、今取り扱っている材料は伸びが高いのですが脆性的な破面を示しており、何を
> 持って延性なのか脆性なのかを判断すればいいのか悩んでおります。
　　　　　　　　　　　　　　　↓
延性を塑性加工性とします。
塑性加工性は、
? 素材の時の内容なのか
? 素材製作時、既に冷間加工し加工硬化が加わり、且つ熱（アニール）処理されているか
? 素材製作時、既に冷間加工し加工硬化が加わり、且つ熱（アニール）処理なしか
? 鋼の場合、成分により引張強さや弾性限界がことなり、弾性限界が高いとより大きな力が
　 必要となりますが、この内容は如何処理すると考えますか（又は、無視しますか）
　 但し、伸び率である延性には、関連がありますから、無視はできませんよね
? ?を踏まえて、熱処理した場合には、?の傾向が顕著になります
? ?を踏まえて、熱（アニール）処理するか、しないか
　 （URLのSPFC鋼板（自動車用加工性冷間圧延高張力鋼板）の板厚、成分、規格に関連）
? 素材の時から加工が進み、加工硬化しているならその度合い
　 （加工硬化指数のように、指数化できたりしてあればシミュレーション上で使い易い）
? 塑性加工完了後、熱（アニール）処理して組織をリセットする
　 （加工硬化で、微小亀裂が成長する前に、その素をアニール処理で略無かったことにする）
　 （微小亀裂は応力集中を招き、亀裂の成長は更に大きな集中をして、許容応力でも破断する）
　 （鋼の疲労破壊は、弾性限度内応力の加工硬化みたいなもので、考慮が必要）
　 （鋼の疲労限度は、そこそこ研究が進んでいるが、似たような纏め方を当該内容は必要かも）
でも変わります。
因って、?～?の要因での識別は必要で、?に示した“鋼の疲労限度”に関する纏め方が
参考になるものではないかと考えます。

> イメージ的には鋳造材をそのまま引張試験したような物の脆性さを測りたいと思っております。
> （延性はあるのですが、破面的には脆性的という意味で）
> 何かしらの方法で脆性さを定量的な評価を行わないと最適材を選定出来ないのですが、その方法が
> 分からずに悩んでおります。ちなみに設計上の加工条件にはいくら伸びがあっても、破面形態の
> 脆性さのみが影響しているようで、シミュレーション上でも、どう表して良いか悩んでおります。
> どなたか知見はありませんでしょうか？

脆性さ（脆さ）は、結果的な捉えた方としたほうが延性と同じ尺度なので矛盾が消えます。
また、鋳造材は引張応力に弱く、圧縮応力に強いとされる理由は、
鋳物の炭素とけい素の多い鋳鉄では黒鉛が粗大となる構造で、
ハニカム構造（ハチの巣）に似た構造＋その六角形内に粗大黒鉛があるイメージすると、
引張応力は、六角の淵部分しか応力を受けないので、隙間がありその分弱くなる。
圧縮応力は、六角の淵部分で力が分散し、中実棒と中空棒（パイプ）では曲げ強さが変わらない
ようになる場合があると同様に、極端に構造によるダウンは少なくなる。
（粗大黒鉛等の挙動は便宜上無視しての内容ですが）
以上から、
? 鋳造材のような材料構造による力の伝わり方からくる特性が、加工力の大小や延性に影響
　 （例えば、ハニカムの六角形が＜＞や－に近い変化をすると、延性方法の変化＋α変化となる）
? 表面の仕上げでによっては、塑性加工完了して外力が加わった場合、応力集中は破断する
　 （曲げ等の応力は、材料表面に最大応力が奔り、表面が粗かったり、段差があると、
　 つっかえるが如く応力が将棋倒し状態となり、応力集中する）

も、シミュレーション上の要素に加えた方が良さそうです。

> 脆性さは、結果的な捉えた方としたほうが延性と同じ尺度なので矛盾が消えます。
の最大の理由は、
延性が凄くある材料を塑性加工し、加工硬化による延性がなくなり、脆くなり破断した
時の破断面は、脆くなっての破断なので、破断時の材料状態と塑性加工前の延性がある材料状態
とでは破断面は異なる。
物理的にも、延性がある材料状態の破断面は、工具に因るものか、延性が原因の水飴常態かで、
おのずから異なる状態なので、比較してはならないことである。

> ?に示した“鋼の疲労限度”に関する纏め方が参考になるものではないかと考えます。

と簡単に記載しましたが、データ収集には膨大な時間と労力が必要です。
“鋼の疲労限度”に関する纏め方は歴史があり、膨大な時間と労力がかかっています。
（歴史がありは、必要ニーズに関しての割合が高いです）

今回の場合は、皆さんが必要ニーズと認めなければ、膨大なデータ収集を少人数で担当すること
になり、今世紀中とはならないかもしれませんね。

金属と抽象的なのは論が広過ぎ。鉄鋼、鋳物、銅やアルミの非鉄合金？
それに延性／脆性の選択が全てという課題は少なく、副次的なことも多いと思います。
引張強さ、加工性、溶接性、耐錆性、コスト、、、など。
例えば鋳物の脆さが嫌でも、鋼の加工ではコスト的に代替できないなら、鋳物の改善や設計見直し。
ハイテン鋼板の最強が欲しくとも延性＝伸びが2%しかないものは絞り不可で溶接も難しい。


高応力下で脆性な材料が壊れるのはイキナリで怖いが、逆に延性な材料がユックリ変形して壊れるのが好ましいとは限らず、引張強さと疲れ強さで論ずべきです。


↓↓↓の王様気取りApoterYouは、検索エジソンみたいな型なので・・・Untachale

６本昆虫足はまだマシ。イカ足タコ足を並べ・・・偉ぇだろ!! ムカデ足でも下等!!

材料選択＝寿司ネタ選び

産地、漁法、サイズ、絞め、、、と完璧を希求し、チョットの外れで刎ねる板さんはまだ修行要で、ネタの状況に応じて最適な方法を選び、客の好みに合わせつつ己の味は頑固に守るのが真の名人とか。

尤も腐ったイカタコは捨てますが、、、

＞今回はまだ選定の段階

既述のように全要件が必須で、他が良いから悪い件を外し考えるなら、その研究開発が必要です。
材料開発まで遡るのはふつう無理で、既存品から選定すると最適性能なんて望めずそこそこで妥協。

　　＞破壊という問題は応力で考えるべきなのでしょうか？それとも相当ひずみ量で考えるべき
　　　なのでしょうか？

使用時は塑性変形も脆性破壊も絶対困ります。つまり比例限度より下の疲れ限度以下が絶対条件で応力優先。ひずみ量でも同じながら意味薄。

典型例。

　　https://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/443/443028.pdf
　　世界初の船体用降伏応力47 kgf/mm2級高張力鋼の開発と実船適用

　　一般に鋼材は厚手化により靭性が低下，脆性亀裂に対する抵抗が低下する傾向にある．
　　当社と新日本製鐵（株）では，信頼性の高い超大型コンテナ船の船体構造開発に取り組み，
　　従来に比べ２割程度強度を高めた降伏応力47 kgf/mm2 級鋼板（47 キロハイテン）を世界に先駆
　　けて開発，実船適用した．
　　-------------------
　　最後に溶接法について紹介する．

もっと高強度な鋼は幾らでもあるが、厚板で溶接を必須要件とするからこの程度。
用途を特化した研究開発は日本を代表する両社で、量的にも見込める条件が揃ったから出来ること。

華々しくPRされたこのお船、実はトンデモナイ結末に。

　　http://blog.goo.ne.jp/yokohama_mountains/e/e2243ab499d9142130f8ff79d6970e59
　　船体が中央部から二つに折れ、船体前半分は10日間漂流後に沈没

原因は座屈変形の強度不足という設計オシャカ。
製造・三菱重工　←　船主・商船三井　が損害賠償訴訟中。積荷分など総額６百億に及ぶとも。

三菱重工の元子会社・自工のデータ偽装は論外だけど、親も恥ずかしいことやっとるのです。
そして両社の悪体質まんまなのが（1）（6）の 昆虫足!! イカ足タコ足!! ムカデ足!!
その由来はこれ。

　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=313750&event=QE0004
　　（150）

延性と脆性は反対語だから延性と脆性の評価試験や指標は同じ。靱性は異なる概念。

延性がある、つまり延性破壊を起こす材料であっても破面は脆性破面になることは有り得る。例えば延性が大きく破断部での絞りが90%だとすると、その部分は90%冷間加工を受けているので著しく加工硬化しているので、断面は脆性破面になり得る。

鋳造材の場合も、空洞などの欠陥も含めて組織が不均一になりやすいので、破断伸びが高くても破面に脆性的な部分が多くあってもおかしくない。

延性脆性の区別はまず伸びや絞りの値が優先で、指標として使える。伸びや絞りの値を見ないで破面形態だけで延性脆性を判別するのは間違え。

ただよく判らないのは、加工(切削加工?)条件を選定するのに材料の延性脆性の数値を使おうとしているのでしょうか。だとしたら間違ってると思うけど。
また何をシミュレーションしようとしているのしょうか。質問ではよく判らない。

それにしても回答(1)はトンチンカンですよね。質問内容に対して何の知識も無い。追記質問してみて下さい。

回答(6)。なるほど前質問と絡めて少しは考えたのか。

「加工」が「冷間塑性加工」だとすると、板加工にしても冷間鍛造だとしても、材料の延性を指標にするのは無理。板加工ならn値やr値の方が重要だし、冷間鍛造なら金型形状の影響が著しいので、有限要素法などを使用しないとほぼ不可能。

回答(6)追記1には学問的に多々誤りがあるので、そのまま信用してはならない。鋳鉄(あるいはその中の黒鉛)をハニカムで説明する人はいない。なぜ弱いかを説明するのに、強い構造を持ち出してどうするの。

追記2「物理的にも、延性がある材料状態の破断面は、工具に因るものか、延性が原因の水飴常態かで、おのずから異なる状態なので、比較してはならないことである」も言語明瞭意味不明。

「今取り扱っている材料」がどんな材料かは言えないのだろうが、伸びがどのくらいで破面がどうなっているのかを言ってくれれば、もっとアドバイスができると思います。

「相当ひずみ量で０．５０程度」ということは、通常の引張試験で完全にくびれが発生しているということですよね。

追記回答をするために、まず質問。「絞りは観察からすると同等程度でした」とのことだか、材料Aと材料Bの引張試験結果としての絞り値は、それぞれいくつですか。測定方法が判らなければJISを見て下さい。

ついでにもう一つ質問。
「同じ加工には全く持ちません」とは、成形加工によりしわや亀裂が発生して物にならないと言うことでしょうか。それともその他の現象でしょうか。

回答(1)補足質問に対する回答。

参考文献「超高張力冷延鋼板について」
https://www.jstage.jst.go.jp/article/tetsutohagane1955/68/9/68_9_1348/_pdf

冷延後の熱処理として「回復焼鈍」など3種類が紹介されているが、この分野は専門ではないので詳細は説明できない。

回答(3)補足質問に対する回答。

衝撃試験をするにはせめて厚さ5mmが必要。それよりも薄い板の衝撃試験はできない。延性靱性は引張試験で評価するしかないと思われる。

延性と脆性は、同一スケール上の対極として考えることが一見合理的に
思えますが、物理的には正しくないようです。

回答(2)さんのご指摘と重複すると思いますが、参考URLの資料に記載されて
いることを参照すると、
（亀裂がある部分に対して）破壊に必要とするエネルギーが小さいものが
脆性材料ということになり、破壊に必要とするエネルギーで脆性(靱性）を
表すことが適切と考えられます。
これを具現化する一つの方法が、シャルピー衝撃試験という位置づけと
思います。

・延性はJIS引張試験において生じた変形量を"伸び"として掲載されているが、
私も貴殿と同様に、凡そこれで比較できると考えます。

・脆性も破壊試験である脆性破壊試験で、シャルピー衝撃試験などで試験片を
作り試験します。JISにも機械的性質が掲載されているので参考になるだろう。

では、その延性か脆性かの境界指標は何処なのか？・・・ううう余り聞かないが
私ならば構造材料であるSS400(軟鋼）を規準に考えるだろう。然しながらSS400
には衝撃値試験の項目は昔から無い。だから寒冷地、例えば・・wシベリア等に
海外輸出向けの機械であれば材料として基本的には認められていません。従い、
SM400等のJIS鋼材を境界指標にすればとも思いますが如何でしょうか？

＞脆性さを定量的な評価を行わないと最適材を選定出来ない
簡単にシュミレーションできないからこそ実機試験を行うと思われます。また、
難しいからこそ此の部分をバーチャル的にできればノーベル賞も夢じゃないと
思う。但し最近の脆性解析が何処まで進化しているのか知見が無く力になれん

戻って鋳造材か・・・FCD等その種類にもよるだろうから材質を明示できん？
試験項目は先の鋼材試験と変わらないとおもうのだが？鋳物屋さんの知り合い
試験専属者もいるのが、その道の専門家に聞いた方が最も早い解決方法だろう

↓の王様気取りApoterYouは、検索エジソンみたいな型なので・・・Untachale

アホユーが若い頃「お客さまは、神さま」であったが・・・

現代では「お客さまは、王さま」らすい。

神さまは間違うことはないし、すべてが正しい。。。はずだ。
王さまは頻繁に間違えるし、ひどく我儘であり頑固で執拗かつ陰湿である。
更に奴は広く浅い知識を好み金の亡者で人生を金目だけで生きている地方老人。

まぁyouは王様気取りApoterYou。
検索エジソン・・・エジソンはパクリ名人だったらしい。
よそのサイトから無断で論文等も勝手にパクるのも、本当は違法なんだよ～。

・・・Untachale・・・

会話とは、相手の欲求を含めた話をまづ聞くことだがyouには単なる自己満足だ

何だか更に興味を唆られます。。。
＞実際は鋳物ではなく、鋳物の様に伸びがかなりある・・・んん？
＞試験をとりあえずやってうまくはいけれども、何故うまくいくか分からない
むむむ？楽しんで（ここが大事な所）、頑張ってください。

回答（4）氏は金属材料の専門家らしいが、もう少し情報がほしいだろうなぁ。

我々、機械設計士は分からないことを具現化し製品化するのが仕事なのですが、
其処に個性やアイディアを活かして実際にモノ作りをするのが喜びである。
私は天職と思っているほどにｗ生甲斐をもって仕事をしているが昨晩もSV残業ｗ