金属材料の基本的な機械的特性

金属材料の特性は、一般的に加工性能と使用性能の2つのカテゴリーに分けられます。加工性能とは、機械部品の製造工程において、特定の冷間加工および熱間加工条件下での金属材料の性能を指します。金属材料の加工性能の質は、製造工程における加工および成形への適合性を決定します。加工条件が異なるため、鋳造性、溶接性、鍛造性、熱処理性、切削加工性など、要求される加工特性も異なります。使用性能とは、機械部品の使用条件下における金属材料の性能を指し、機械的特性、物理的特性、化学的特性などが含まれます。金属材料の性能は、その使用範囲と耐用年数を決定します。

機械製造業では、一般的な機械部品は常温常圧、非腐食性媒体で使用され、使用中に各機械部品は異なる負荷を受けます。金属材料が負荷に対して損傷に耐える能力は、機械的特性（または機械的性質）と呼ばれます。金属材料の機械的特性は、部品の設計と材料選定の主要な基礎となります。加わる負荷の性質（引張、圧縮、ねじり、衝撃、繰り返し負荷など）によって、金属材料に求められる機械的特性も異なります。一般的に使用される機械的特性には、強度、塑性、硬度、靭性、多重衝撃抵抗、疲労限度などがあります。各機械的特性については、以下で個別に説明します。

1. 強さ

強度とは、金属材料が静荷重下で損傷（過度の塑性変形や破壊）に耐える能力を指します。荷重は引張、圧縮、曲げ、せん断などの形で作用するため、強度は引張強度、圧縮強度、曲げ強度、せん断強度などに分類されます。これらの強度間には、しばしば一定の関係性が存在します。実用上、引張強度は一般的に最も基本的な強度指標として用いられます。

2. 可塑性

塑性とは、金属材料が荷重を受けた際に破壊されることなく塑性変形（永久変形）を起こす能力を指す。

3.硬度

硬度とは、金属材料の硬さや柔らかさを表す指標です。現在、製造現場で硬度を測定する最も一般的な方法は、圧痕硬度法です。この方法では、一定の形状の圧子を用いて、一定の荷重をかけながら試験対象の金属材料の表面に圧痕を押し付け、その圧痕の程度に基づいて硬度値を測定します。
一般的に用いられる方法としては、ブリネル硬度（HB）、ロックウェル硬度（HRA、HRB、HRC）、ビッカース硬度（HV）などがある。

4. 疲労

先に述べた強度、塑性、硬度はすべて、静荷重下における金属の機械的性能指標である。実際には、多くの機械部品は繰り返し荷重下で動作しており、そのような条件下では部品に疲労が生じる。

5. 衝撃耐性

機械部品に非常に高速で作用する負荷を衝撃荷重と呼び、金属が衝撃荷重による損傷に耐える能力を衝撃靭性と呼ぶ。