材料の強さ
　機械材料のもつ力学的性質について理解しておくことは、機械工学を学ぶ上で最も重要な事項の一つです。なぜなら、いくら素晴らしい機械を設計しても、その機械にはたらく荷重の種類や応力と変形などを知らなければ、その機械は壊れてしまうからです。ここでは、材料の種類とその強さについて、さまざまな実験を通して学びます。

[１]機械材料の種類
SS４００　[N/mm2]　(軟鋼、一般構造用圧延鋼材)
　JIS鋼材の中でもっとも多量に生産され、車両・船舶・建築物・橋など、一般的な構造物に使用されている材料です。

S４５C　(硬鋼、機械構造用炭素鋼)
　軟鋼より信頼性が高く、歯車・軸などの機械部品や構造用として、切削などの加工と熱処理を施して使用されている材料です。

FC２００　(ねずみ鋳鉄)
　鋼より多くの炭素を含む鋳鉄は、融点が低く、湯流れもよいため、複雑な形状や薄肉ものの鋳造用として使用されている材料です。
　
A７０７５　(アルミニウム合金)
　密度は鉄の約1/3と軽く、電気や熱の良導体で、外観が美しく、加工しやすい材料です。

C２６００　(黄銅、真ちゅう)
　Cu-Zｎ系の合金。電気や熱の良導体で、大気中の耐食性にすぐれ、加工しやすく、色や光沢が美しい材料です。

マグネシウム合金
　密度が鋼の約1/4、Alの約2/3と実用の金属材料中最も軽量である。

チタン合金
　引張強さが大きく、耐熱性・耐食性などがある。

[２]引張試験
▼SS４００の引張試験を行い、その機械的性質をまとめる。
1)試験前の平均直径Dmから原断面積Aoを求める
　　　Dm＝14.00mm　　　　　Ao＝153.86mm2

2)最大引張荷重Pmaxを測定し、単位を変換する
　　　Pmax＝12200kg＝119560N

3)破断後の標点距離を測定する(Lo＝50mm)
　　　L＝55.50mm

4)破断部の直径Dと破断後の最小面積Aを測定する
　　　D＝12.00mm　　　A＝113.04mm2

5)引張強さσを求める　　　(σ＝Pmax/Ao　より)
　　　σ＝119560/153.86＝777.070≒777.1[N/mm2]

6)伸びб＝(L−Lo)/Lo×100より、絞りφ＝AбA/Ao×100を求める
　　　б＝11[%]　　　φ＝26.530[%]

[３]硬さ試験
▼反発式のショア硬さ試験機により、SS４００とS４５Cの硬さを求める
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓5回の平均

材質	１	２	３	４	５	Hs
黄銅	３１	２４	２４	２４	２６	２６
軟鋼	２４	２１	２６	２３	２４	２４
鋳鉄	３４	３６	３６	３４	３４	３５
アルミニウム	１８	１９	１９	２０	１８	１９

・硬さは複数の物理的性質に関係する量で、測定方法によって定義される工業的に有用な量⇒工業量と呼ばれている

[４]衝撃試験
▼S４５C(焼き入れあり・なし)のシャルピー衝撃値を求めなさい
1)準備
　�@シャルピー衝撃試験機の使い方を理解する
　�A金属材料衝撃試験片を正しい位置にセットする

2)試験
　�B支持レバーを押して、ハンマを自由落下させる
　�C指針により試験片切断後のハンマの振上り角度(°)を測定する

3)衝撃値を求める
　シャルピー衝撃値＝
　　　切断に要したエネルギーE/試験片切欠き部の原断面積A　[J/cm2]
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(A＝0.8cm2)
　　　E＝WR(cosβ-cosα) [J]
　　　　　W：ハンマの質量　250[N]
　　　　　R：ハンマの回転中心から重心までの距離　0.65[m]
　　　　　α：ハンマの持上げ角度　120°
　　　　　β：ハンマの振上り角度　？⇒計測

材質	β	cosβ	E[J]	シャルピー衝撃値[J/cm2]
S４５C (生)常温	80.0°	0.174	109.53	136.9
S４５C (500℃)	106.5°	-0.284	35.1	43.9
S４５C (900℃)	116.0°	-0.438	10.075	12.6

■グラフ