De duktilitet Det er en teknologisk egenskap av materialer som gjør at de kan deformeres under strekkbelastning; det vil si separasjonen av de to ender uten at det blir et raskt brudd på et tidspunkt midt i den langstrakte delen. Når materialet forlenges, reduseres tverrsnittet og blir tynnere.
Derfor blir duktile materialer mekanisk bearbeidet i trådlignende former (gjenger, kabler, nåler, etc.). I symaskiner representerer spoler med sårtråder et hjemmelaget eksempel på duktile materialer; ellers ville tekstilfibrene aldri ha fått sin karakteristiske form.
Hva er formålet med duktilitet i materialer? Det å kunne dekke lange avstander eller attraktive design, enten for å lage verktøy, smykker, leker; eller for transport av noe væske, for eksempel elektrisk strøm.
Den siste applikasjonen representerer et viktig eksempel på duktiliteten til materialer, spesielt metaller. Fine kobbertråder (toppbilde) er gode ledere av elektrisitet, og sammen med gull og platina brukes de i mange elektroniske enheter for å sikre at de fungerer..
Noen fibre er så fine (knapt noen få mikrometer tykke) at den poetiske setningen "gyldent hår" får all reell betydning. Det samme gjelder kobber og sølv.
Duktilitet ville ikke være en mulig egenskap hvis det ikke fantes molekylær eller atomomdannelse for å motvirke den innfallende strekkraften. Og hvis den ikke eksisterte, ville mennesket aldri ha kjent kablene, antennene, broene ville forsvinne, og verden ville forbli i mørket uten elektrisk lys (i tillegg til utallige andre konsekvenser).
Artikkelindeks
I motsetning til smidighet, garanterer duktilitet mer effektiv strukturell omorganisering.
Hvorfor? Fordi når overflaten der spenningen ligger er større, har det faste stoffet flere midler til å skyve molekylene eller atomer, og danne ark eller plater; mens spenningen er konsentrert i et mindre og mindre tverrsnitt, må den molekylære skyvingen være mer effektiv for å motvirke kraften.
Ikke alle faste stoffer eller materialer klarer det, og av den grunn bryter de når de blir utsatt for strekkprøver. De oppnådde bruddene er i gjennomsnitt horisontale, mens de av duktile materialer er koniske eller spisse, et tegn på strekking..
Duktile materialer kan også bryte forbi et stresspunkt. Dette kan økes hvis temperaturen økes, siden varme fremmer og letter molekylær glidning (selv om det er flere unntak). Det er da takket være disse lysbildene at et materiale kan utvise duktilitet og derfor være duktilt..
Imidlertid omfatter duktiliteten til et materiale andre variabler, som fuktighet, varme, urenheter og hvordan kraft påføres. Nysmelt glass er for eksempel duktilt, siden det får trådlignende former; men ved avkjøling blir den sprø og kan gå i stykker med mekanisk innvirkning.
Duktile materialer har sine egne egenskaper direkte relatert til deres molekylære ordninger. I denne forstand kan en stiv metallstang og en våt leirestang være duktil, selv om egenskapene deres er veldig forskjellige..
Imidlertid har de alle noe til felles: en plastisk oppførsel før de går i stykker. Hva er forskjellen mellom en plast og en elastisk gjenstand?
Den elastiske gjenstanden er reversibel deformert, som i utgangspunktet oppstår med duktile materialer; men ved å øke strekkraften blir deformasjonen irreversibel og gjenstanden blir plastisk.
Fra dette punktet får ledningen eller tråden en definert form. Etter kontinuerlig strekking blir tverrsnittet så lite, og strekkspenningen for høy, at dens molekylære lysbilder ikke lenger kan motvirke stresset, og det ender med å bryte..
Hvis duktiliteten til materialet er ekstremt høy, som i tilfelle gull, med ett gram er det mulig å få ledninger med lengder opp til 66 km, med 1 µm tykkelse..
Jo lenger ledningen blir oppnådd fra en masse, desto mindre vil dens tverrsnitt være (med mindre tonn gull er tilgjengelig for å bygge en ledning med betydelig tykkelse).
Metaller er blant de duktile materialer med utallige bruksområder. Triaden består av metaller: gull, kobber og platina. Den ene er gull, den andre rosa oransje og den siste sølvfargen. I tillegg til disse metallene, er det andre med mindre duktilitet:
-Jern
-Sink
-Messing (og andre legeringer)
-Gull
-Aluminium
-Samarium
-Magnesium
-Vanadium
-Stål (selv om duktiliteten kan påvirkes avhengig av sammensetningen av karbon og andre tilsetningsstoffer)
-Sølv
-Tinn
-Bly (men innenfor visse små temperaturområder)
Det er vanskelig å fastslå hvilke metaller som egentlig er duktile, uten forutgående eksperimentell kunnskap. Duktiliteten avhenger av renhetsgraden og hvordan tilsetningsstoffene samhandler med metallglasset..
På samme måte kommer andre variabler i betraktning som størrelsen på krystallkornene og arrangementet av krystallet. I tillegg spiller også antall elektroner og molekylære orbitaler som er involvert i metallbindingen, det vil si i "havet av elektroner", en viktig rolle..
Samspillet mellom alle disse mikroskopiske og elektroniske variablene gjør duktilitet til et konsept som må behandles grundig med en multivariat analyse; og fraværet av en standardregel for alle metaller vil bli funnet.
Det er av denne grunn at to metaller, selv om de har svært like egenskaper, kan være eller ikke kan være duktile..
Kornene er porsjoner av glass som mangler merkbare uregelmessigheter (hull) i deres tredimensjonale arrangement. Ideelt sett bør de være helt symmetriske, med sin veldig veldefinerte struktur.
Hvert korn for samme metall har samme krystallinske struktur; et metall med en kompakt sekskantet struktur, hcp, har korn med krystaller med hcp-systemet. Disse er ordnet på en slik måte at de under kraft av trekkraft eller strekking glir over hverandre, som om de var fly som består av kuler..
Generelt, når flyene sammensatt av små korn glir, må de overvinne en større friksjonskraft; mens de er store, kan de bevege seg mer fritt. Faktisk prøver noen forskere å modifisere duktiliteten til visse legeringer gjennom den kontrollerte veksten av deres krystallinske korn..
På den annen side, med hensyn til den krystallinske strukturen, vanligvis metaller med et krystallsystem fcc (møtt sentrert kubikk, eller ansiktssentrert kubikk) er den mest duktile. I mellomtiden metaller med krystallinske strukturer bcc (kroppssentrert kubikk, ansiktssentrert kubikk) eller hcp, er vanligvis mindre duktil.
For eksempel krystalliserer både kobber og jern med et fcc-arrangement, og er mer duktilt enn sink og kobolt, begge med hcp-arrangementer..
Varme kan redusere eller øke duktiliteten til materialer, og unntakene gjelder også for metaller. Imidlertid, som en generell regel, jo mykere metaller er, jo lettere er det å gjøre dem til tråder uten å bryte..
Dette skyldes det faktum at økningen i temperatur gjør at metallatomer vibrerer, noe som resulterer i at kornene blir enhetlige; det vil si at flere små korn sammenføyes for å danne ett stort korn.
Med større korn øker duktiliteten, og molekylær glidning møter færre fysiske hindringer.
Duktilitet blir et ekstremt komplekst konsept hvis du begynner å analysere det mikroskopisk. Så hvordan forklare det for barn og ungdom? På en slik måte at det virker så enkelt som mulig for deres nysgjerrige øyne.
Så langt har det vært snakk om smeltet glass og metaller, men det er andre utrolig duktile materialer: tyggegummi og lekedeig..
For å demonstrere duktiliteten til tyggegummi, er det nok å ta tak i to masser og begynne å strekke dem; den ene til venstre, og den andre blir ført til høyre. Resultatet blir det av en hengende tyggegummibro, som ikke vil være i stand til å gå tilbake til sin opprinnelige form med mindre den er eltet med hendene..
Imidlertid vil det komme et punkt der broen til slutt vil gå i stykker (og gulvet vil være beiset med tyggegummi).
Bildet over viser hvordan et barn ved å trykke på en beholder med hull får plastilinen til å dukke ut som om det var hår. Tørr kitt er mindre duktilt enn fet kitt; Derfor kunne et eksperiment bare bestå av å lage to ormer: den ene med den tørre lekedeigen, og den andre fuktet i olje..
Barnet vil merke at den orme ormen er lettere å støpe og få lengde på bekostning av tykkelsen; mens ormen tørker opp, vil det sannsynligvis ende opp med å brytes ned flere ganger.
Plasticine representerer også et ideelt materiale for å forklare forskjellen mellom formbarhet (en båt, en port) og duktilitet (hår, ormer, slanger, salamandere osv.).
Selv om ungdommer ikke vil manipulere noe i det hele tatt, kan det være en attraktiv og interessant opplevelse for dem å være vitne til dannelsen av kobbertråder i første rad. Demonstrasjonen av duktilitet ville være enda mer fullstendig hvis man fortsetter med andre metaller, og dermed være i stand til å sammenligne deres duktiler.
Deretter må alle ledninger utsettes for konstant tøyning til bruddpunktet. Med dette vil ungdommen visuelt sertifisere hvordan duktilitet påvirker ledningens motstand mot å bryte..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.