Det duktilitet Det er en teknologisk egenskab ved materialer, der gør det muligt for dem at deformere under strækningsbelastning; adskillelsen af dets to ender uden at der er et hurtigt brud på et eller andet tidspunkt midt i det aflange afsnit. Når materialet forlænges, aftager dets tværsnit og bliver tyndere.
Derfor bearbejdes duktile materialer mekanisk i gevindlignende former (tråde, kabler, nåle osv.). I symaskiner repræsenterer spoler med såretråde et hjemmelavet eksempel på duktile materialer; ellers ville tekstilfibrene aldrig have været i stand til at få deres karakteristiske former.
Hvad er formålet med duktilitet i materialer? At være i stand til at dække lange afstande eller attraktive designs, hvad enten det drejer sig om at fremstille værktøj, smykker, legetøj; eller til transport af noget væske, såsom elektrisk strøm.
Den sidste anvendelse repræsenterer et nøgleeksempel på duktilitet af materialer, især metaller. Fine kobbertråde (øverste billede) er gode ledere af elektricitet, og sammen med guld og platin bruges de i mange elektroniske enheder for at sikre, at de fungerer..
Nogle fibre er så fine (knap et par mikrometer tykke), at den poetiske sætning "gyldent hår" får al reel betydning. Det samme gælder kobber og sølv.
Duktilitet ville ikke være en mulig egenskab, hvis der ikke var nogen molekylær eller atomar omlægning for at modvirke den indfaldende trækkraft. Og hvis den ikke eksisterede, ville mennesket aldrig have kendt kablerne, antennerne, broerne ville forsvinde, og verden ville forblive i mørket uden elektrisk lys (ud over utallige andre konsekvenser).
Artikelindeks
I modsætning til formbarhed garanterer duktilitet en mere effektiv strukturel omlejring.
Hvorfor? Fordi når overfladen, hvor spændingen ligger, er større, har det faste stof flere midler til at glide dets molekyler eller atomer og danne ark eller plader; hvorimod når spændingen koncentreres i et mindre og mindre tværsnit, skal den molekylære glidning være mere effektiv for at modvirke kraften.
Ikke alle faste stoffer eller materialer kan gøre det, og derfor bryder de, når de udsættes for trækprøver. De opnåede pauser er i gennemsnit vandrette, mens de af duktile materialer er koniske eller spidse, et tegn på strækning..
Duktile materialer kan også bryde forbi et stresspunkt. Dette kan øges, hvis temperaturen øges, da varme fremmer og letter molekylær glidning (selvom der er flere undtagelser). Det er da takket være disse dias, at et materiale kan udvise duktilitet og derfor være duktilt..
Et materiales duktilitet omfatter imidlertid andre variabler, såsom fugtighed, varme, urenheder og hvordan kraft påføres. For eksempel er frisksmeltet glas duktilt, da det får trådlignende former; men efter afkøling bliver den skør og kan gå i stykker med enhver mekanisk påvirkning.
Duktile materialer har deres egne egenskaber, der er direkte relateret til deres molekylære arrangementer. I denne forstand kan en stiv metalstang og en våd lerstang være duktil, selvom deres egenskaber er meget forskellige..
Imidlertid har de alle noget til fælles: en plastisk adfærd, før de går i stykker. Hvad er forskellen mellem en plastik og en elastisk genstand?
Det elastiske objekt er reversibelt deformeret, hvilket oprindeligt forekommer med duktile materialer; men ved at øge trækkraften bliver deformationen irreversibel, og genstanden bliver plastisk.
Fra dette tidspunkt får ledningen eller tråden en defineret form. Efter kontinuerlig strækning bliver dens tværsnit så lille, og trækspændingen for høj, at dens molekylære dias ikke længere kan modvirke spændingen, og det ender med at bryde..
Hvis materialets duktilitet er ekstremt høj, som i tilfældet med guld, med et gram er det muligt at opnå ledninger med længder op til 66 km med 1 µm tykkelse..
Jo længere ledningen er opnået fra en masse, jo mindre er dens tværsnit (medmindre der er tons guld til rådighed til at bygge en ledning med betydelig tykkelse).
Metaller er blandt de duktile materialer med utallige anvendelser. Triaden består af metaller: guld, kobber og platin. Den ene er guld, den anden lyserød orange og den sidste sølv. Ud over disse metaller er der andre med mindre duktilitet:
-Jern
-Zink
-Messing (og andre metallegeringer)
-Guld
-Aluminium
-Samarium
-Magnesium
-Vanadium
-Stål (selvom dets duktilitet kan blive påvirket afhængigt af dets sammensætning af kulstof og andre tilsætningsstoffer)
-Sølv
-Tin
-Bly (men inden for visse små temperaturområder)
Uden forudgående eksperimentel viden er det vanskeligt at fastslå, hvilke metaller der virkelig er duktile. Dens duktilitet afhænger af graden af renhed, og hvordan additiverne interagerer med det metalliske glas..
Ligeledes kommer andre variabler i betragtning, såsom størrelsen af krystalkornene og placeringen af krystallen. Derudover spiller antallet af elektroner og molekylære orbitaler, der er involveret i den metalliske binding, det vil sige i "elektronhavet", også en vigtig rolle..
Samspillet mellem alle disse mikroskopiske og elektroniske variabler gør duktilitet til et koncept, der skal behandles grundigt med en multivariat analyse; og fraværet af en standardregel for alle metaller vil blive fundet.
Det er af denne grund, at to metaller, selvom de har meget ens karakteristika, måske eller ikke er duktile..
Kornene er dele af glas, der mangler mærkbare uregelmæssigheder (huller) i deres tredimensionelle arrangement. Ideelt set skal de være helt symmetriske med deres meget veldefinerede struktur.
Hvert korn til det samme metal har den samme krystallinske struktur; et metal med en kompakt sekskantet struktur, hcp, har korn med krystaller med hcp-systemet. Disse er arrangeret på en sådan måde, at de under trækkraft eller strækning glider over hinanden, som om de var fly bestående af kugler..
Generelt, når flyene sammensat af små korn glider, skal de overvinde en større friktionskraft; mens de er store, kan de bevæge sig mere frit. Faktisk forsøger nogle forskere at ændre duktiliteten for visse legeringer gennem den kontrollerede vækst af deres krystallinske korn..
På den anden side, med hensyn til den krystallinske struktur, normalt metaller med et krystalsystem fcc (står centreret kubisk, eller ansigtscentreret kubik) er de mest duktile. I mellemtiden er metaller med krystallinske strukturer bcc (krop centreret kubisk, ansigt-centreret kubisk) eller hcp, er normalt mindre duktile.
For eksempel krystalliserer både kobber og jern med et fcc-arrangement og er mere duktilt end zink og cobalt, begge med hcp-arrangementer..
Varme kan mindske eller øge duktiliteten af materialer, og undtagelserne gælder også for metaller. Som hovedregel er jo blødere metaller, jo lettere er det at gøre dem til tråde uden at gå i stykker..
Dette skyldes det faktum, at temperaturstigningen får de metalliske atomer til at vibrere, hvilket resulterer i, at kornene bliver ens; det vil sige, at flere små korn samles for at danne et stort korn.
Med større korn øges duktilitet, og molekylær glidning står over for færre fysiske hindringer.
Duktilitet bliver et ekstremt komplekst koncept, hvis du begynder at analysere det mikroskopisk. Så hvordan forklares det for børn og unge? På en sådan måde, at det fremstår så simpelt som muligt for deres nysgerrige øjne.
Indtil videre har der været tale om smeltet glas og metaller, men der er andre utroligt duktile materialer: tyggegummi og legedej..
For at demonstrere tyggegummets duktilitet er det nok at gribe to masser og begynde at strække dem; den ene er placeret til venstre, og den anden bæres til højre. Resultatet bliver resultatet af en hængende tyggegummibro, som ikke vil være i stand til at vende tilbage til sin oprindelige form, medmindre den æltes med hænderne..
Der vil dog komme et punkt, hvor broen til sidst bryder (og gulvet bliver farvet med tyggegummi).
Billedet ovenfor viser, hvordan et barn ved at trykke på en beholder med huller får plasticinen til at dukke op som om det var hår. Tør kit er mindre duktil end olieagtig kit. Derfor kunne et eksperiment simpelthen bestå af at skabe to orme: den ene med den tørre legedej og den anden fugtet i olie..
Barnet vil bemærke, at den olieagtige orm er lettere at forme og få længde på bekostning af dens tykkelse; mens ormen tørrer op, vil den sandsynligvis ende med at bryde ned flere gange.
Plasticine repræsenterer også et ideelt materiale til at forklare forskellen mellem formbarhed (en båd, en port) og duktilitet (hår, orme, slanger, salamandere osv.).
Selvom teenagere overhovedet ikke vil manipulere noget, kan det være en attraktiv og interessant oplevelse for dem at være vidne til dannelsen af kobbertråde i første række. Demonstrationen af duktilitet ville være endnu mere komplet, hvis man fortsætter med andre metaller og således er i stand til at sammenligne deres duktiliteter.
Dernæst skal alle ledninger udsættes for konstant strækning til deres brudpunkt. Med dette vil den unge visuelt certificere, hvordan duktilitet påvirker ledningens modstand mod at bryde..
Endnu ingen kommentarer