金属の延性破壊

質問

金属の棒をを引張試験で破断させたところ、棒の中心に向かって先が細くなり延性破壊を示しました。
塑性変形において原子レベルではどのような動きでこのような変形をしたのか調べたところ、すべり変形が起きているということが分かりました。
しかしすべり変形のイメージ図にしたがうと、棒の中心ではなく端に向かって細くなるような気がするのですが・・。
棒の中心に向かって先が細くなるときの原子レベルの動きはどのようにイメージすればいいのでしょうか？

回答No.2

my3027

#1です。

リンク見させて頂きました。まずこの図は棒の長手方向断面の分子構造を模式的に表した物で、言いたいのは「せん断力によるすべりで、分子が斜めに＊行＊列ずれるて結合する」という事です。実際の破断後の軸外形を示したものではありません。

引張試験はしたことありますか？または材料力学か塑性力学の教科書に、せん断破断した写真があるかと思いますので、それを見て下さい。軸方向と45度面はせん断力が最大となる面なので、その面で破断します。

回答No.1

my3027

マクロ的には、まず棒の中心に向かって細くなる現象は、弾性体はある方向に伸びれば直角方向には縮むという性質があります。材料力学ではポアソン比νという物で説明されています。今件では、軸方向に棒長さが伸びる反面、軸径は小さくなります。
軸方向ひずみε1={(棒の延びた長さ)-(元の長さ)}/{元の長さ}
半径方向ひずみε2={(棒の細くなった径)-(元の径)}/{元の径}
ν=-ε1/ε2
ここでマイナス符号は、どちらかのひずみは縮んで負となる為です。

続けて引っ張ると、降伏点を越え塑性域に入ります。くびれが発生し、材料内にボイド発生し、そのれが結合・成長してくびれが発達します。
その際引張られ続けると、前述の性質から棒の中心に向かって細くなります。

ミクロ的には、多結晶体の金属は粒界を持ち、それが結晶レベルでせん断力によりすべり始め、結晶格子の転移(原子配列の乱れ）を引き起こします。私はその転移が、ポアソン効果によりくびれた外周から起こり始めるという理解です。

>しかしすべり変形のイメージ図にしたがうと、棒の中心ではなく端に向かって細くなるような気がするのですが・・。
これに対しては意味が？です。

お礼

丁寧にご回答ありがとうございます。

>その転移が、ポアソン効果によりくびれた外周から起こり始める
でなんとなくイメージがつかめました。

ちなみに
>しかしすべり変形のイメージ図にしたがうと、棒の中心ではなく端に向かって細くなるような気がするのですが・・。
は、
http://www.eonet.ne.jp/~tnagase/Lecture/PDF-B01-Kiso-2005.pdf
の上から三段目の左「引張変形を受けたときの結晶内部の原子の動き」
を見てのものです。