主な相違点 – 弾性変形と塑性変形
変形とは、変形したり歪んだりする作用や過程のことです。
物体に力が加わると、その力に対する反応として物体は圧縮されるか伸びるかのどちらかになります。
力学では、単位面積にかかる力を応力という。
また、応力に反応して伸びたり縮んだりする範囲を「ひずみ」と呼びます。
応力に対する反応は、素材ごとに異なります。
その反応は、物質の化学結合の種類に大きく依存します。
変形は、応力が解放された後に起こる現象に基づいて、弾性変形と塑性変形があります。
弾性変形は、変形の原因となる外力とそれに伴う応力が除去されると消滅する変形です。
塑性変形とは、固体に持続的な力が作用したときに、破壊することなく永久に変形または形状が変化することである。
弾性変形と塑性変形の主な違いは、弾性変形が可逆的であるのに対して、塑性変形は不可逆的であることである。
弾性変形とは
弾性変形とは、変形の原因となる外力やそれに伴う応力が除去されると消滅する変形のことである。
したがって、弾性変形は可逆的であり、非永久的です。
弾性変形は、化学的な概念である “弾性 “によって最もよく説明される。
弾性とは、物質が変形した後に元の状態に戻る能力のことである。
弾性変形は、主に物質の化学結合に依存する。
化学結合が壊れずに変形して高い応力に耐えることができれば、その物質は弾性変形をすることができる。
そのためには、物質に応力が加わったとき、化学結合が伸びたり曲がったりすることが必要である。
化学結合が伸びたり曲がったりするのは一時的であることが望ましい。
しかし、伸びたり曲がったりしている間、原子が互いに滑ることはない。
しかし、時間の経過とともに物質の弾性的性質は低下し、延性を失って脆くなることがあります。
弾性変形の代表例は、加硫ゴムのようなエラストマーです。
加硫ゴムは、架橋された高分子構造を持っています。
高分子鎖の間には硫黄の橋が架かっている。
この硫黄の架橋が、ゴムの弾力性を高め、応力に耐えられるようにする。
上の図は、延性材料の応力-ひずみ曲線を示している。
例：銅の金属。
弾性領域は、弾性変形が起こる範囲を示している。
弾性限界を超えると、永久変形である塑性変形を起こす。
塑性変形とは
塑性変形とは、持続的な力が作用したときに、破壊することなく固体の形状が永久的に変形または変化することである。
これは、物質に大きな応力が加わったときに起こる。
塑性変形は不可逆的であり、永久的です。
塑性変形は、化学的な概念である「可塑性」によって最もよく説明される。
可塑性とは、簡単に形を変えたり、永久に型にはめることができる性質のことである。
塑性変形は、物質を構成する原子間の限られた数の化学結合が切断されることによって起こる。
塑性変形を起こすと、原子が互いにすれ違うことがあります。
これにより原子の転位が生じ、加えた応力を除去しても材料は静止したままとなる。
延性のある物質では、弾性限界は塑性変形の初期点です。
弾性限界とは、固体がサイズや形状を永久に変化させることなく伸ばせる最大の範囲です。
弾性限界を超えて応力がかかると、その物質は塑性変形を起こす。
図2：応力-ひずみ曲線で見る弾性限界
塑性変形が観察される材料としては、金属、プラスチック、岩石などがあります。
金属（例：銅）のような延性材料では、変形が弾性限界を超えると塑性変形が起こる。
しかし、岩石のような脆い物質では、塑性変形が始まる前に弾性変形が観察されることはない。
塑性変形は、熱処理や加圧処理、成形によって新しい成形品を作る際に重要です。
弾性変形と塑性変形の違い
定義
弾性変形。
弾性変形とは、変形の原因となる外力やそれに伴う応力が除去されると消滅する変形をいう。
塑性変形。
塑性変形とは、持続的な力が作用したときに、破壊することなく固体が永久的に変形したり、形状が変化したりすることをいう。
リバーシブル
弾性変形。
弾性変形は可逆的です。
塑性変形。
塑性変形は不可逆的です。
変形後の状態
弾性変形。
弾性変形は非永久的です。
元の状態に戻すことができる。
塑性変形。
塑性変形は永久的なものです。
応力を除去しても物質が変化しない。
化学結合
弾性変形。
弾性変形：物質の化学結合が伸びたり曲がったりすること。
塑性変形。
塑性変形：物質の化学結合の一部が切断されること。
アトミックビヘイビア
弾性変形をする。
弾性変形時、原子は互いに滑り落ちない。
塑性変形。
塑性変形時、原子がすべりながら通過する。
結論
物質に応力が加わると、変形が生じます。
この変形は、物質の種類や加えられた応力の大きさによって、弾性変形と塑性変形があります。
弾性変形と塑性変形の主な違いは、弾性変形が可逆的であるのに対して、塑性変形は不可逆的であることである。
