材料の強さ１ ～引張試験～

●材料に引張荷重を加えて、金属の機械的性質を理解するための実験です。

1. 旋盤で材料試験片を作成します。（寸法はＪＩＳで決められている。）
2. 試験片の種類や材質を確認してから、試験機に固定します。
3. レバーを少しずつ動かしながら、徐々に荷重を加えます。
4. このときの荷重と伸びの関係が試験機に表示されます。
5. 材料が二つに破断するまで、荷重を加えます。

●結果のまとめ

　実験で得られた荷重と伸びの関係や、実験前後の断面積や長さの変化などから、「降伏点」「引張強さ」「伸び」「絞り」などの試験片の機械的性質を求めます。

●学習

1. 弾性と塑性
   　材料に荷重を加えたときの変形は、荷重が小さいうちはそれに比例して、荷重を除くと変形も消えます。この性質を「弾性」といいます。これは、バネとおも りでも行える実験で「フックの法則」としても有名です。これに対して、荷重がある限度を超えると、変形量はさらに増加し、荷重を除いてももとの形に戻らな くなります。
   　この性質を「塑性」といいます。主に金属材料を使用して機械設計を行う際には、使用する材料が弾性域を越えないようにする必要があります。
2. 延性と脆性（ぜいせい）
   　炭素鋼のようにある程度の伸びを伴う材料を「延性材料」といいます。これに対して、引張荷重を加えてもほとんど長さ変化を伴わず、突然材料が破断するよ うな材料が「脆性材料」です。身近な材料ではチョークがあげられます。新素材として注目されているセラミックスは硬さや耐食性などの面では金属に勝るのですが、脆い（もろい）のが大きな欠点です。このような脆性材料を扱う設計を行う際には、従来の「材料力学」だけでなく、き裂の力学である「破壊力学」を学習する必要があります。

投稿者：門田和雄　（東京工業大学工学部付属工業高校）