アルミニウムの圧延

質問

おそらく材料強度学の分野になるかと思うんですが、
アルミニウムを圧延した場合、圧延されたアルミニウムは熱を帯びて温かくなっています。

原子レベルで考えた場合、なぜ熱を帯びるのかいまいちよくわかりません。
どなたかお願いします。

回答No.3

martensite807 · ベストアンサー

金属の塑性変形は転位という線欠陥の増殖またその運動によって達成されます。転位とはいわば原子面のずれです。空孔などの点欠陥は室温での塑性変形にはほとんど影響を及ぼしません。（高温変形では重要です）
さて、前述したように塑性変形は転位の運動によるものです。ハンマーでドカンと金属を変形させる場合を考えてみます。まず、ハンマーの運動エネルギー（または位置エネルギー）が金属に与えられます。ここでは摩擦などのエネルギーロスは無視します。ハンマーから金属に伝えられたエネルギーは転位の運動、増殖に費やされます。このときに塑性変形が起こります。変形後はもちろん転位の運動、増殖は起こりません。したがって、塑性変形時に転位の運動に要したエネルギーはあるエネルギーの形に変換されなければなりません。可能性として2つ考えられます。一つは転位のエネルギーとして材料内部に蓄積。（転位は欠陥なので、材料内部に転位が存在するとエネルギーは増加します）もう一つは、熱エネルギーとして外部に放出。実は、加工のエネルギーの９５％は熱エネルギーとして外部に放出されます。のこりの５％程度が材料内部に転位のエネルギーとして蓄積されることが知られています。
ポイントはエネルギー保存の法則です。加工のエネルギー→転位の運動のエネルギー（塑性変形）→熱エネルギー９５％、転位の蓄積エネルギー５％。

説明に誤りがあるかも知れませんがご了承ください。

お礼

詳しいご回答ありがとうございました。

回答No.2

acacia7

金属も弾性の限界を超えて変型が始まりますよね。
つまり，弾性限界内の力は力を除けば解放されるわけですが，
弾性限界を超えて塑性の変型をおこした場合，全てのエネルギーが変型に利用されるわけではなく，一部は物質内部に解放されるわけです。

というわけで，アルミ板を潰して缶とかをつくれば，
圧延のエネルギーの一部が熱となりアルミ内部に溜まることになります。

お礼

ご回答ありがとうございました。

補足

ご解答ありがとうございます。
圧延(塑性変形)をおこした場合、原子の構造が変化すると思うんですが、その変化よってなぜ熱が発生するのかよくわかりません。点欠陥が関係あるような気がするのですが。
よろしければ、引き続きご解答頂ければうれしいです。

回答No.1

matyuiny

圧延するとロールとの接触による抜熱、摩擦による発熱、材料の塑性変形による加工発熱が生じます。おそらく加工発熱というのは原子同士の摩擦(のようなもの)だと思いますが、それらによって熱を帯びるということだと考えられます。
例えば針金などの金属を繰り返し折り曲げると変形部分が熱を帯びますがこれも塑性変形による発熱です。

お礼

ご回答ありがとうございました。

補足

ご解答ありがとうございます。
圧延(塑性変形)をおこした場合、原子の構造が変化すると思うんですが、その変化よってなぜ熱が発生するのかよくわかりません。点欠陥が関係あるような気がするのですが。
よろしければ、引き続きご解答頂ければうれしいです。