Duktilitet i hvad det består af, egenskaber, eksempler, eksperimenter

den duktilitet det er en teknologisk egenskab af de materialer, der tillader dem at deformere før en strækspænding; det vil sige adskillelsen af ​​sine to ender uden at der er en tidlig brud et sted midt i det aflange afsnit. Når materialet forlænges, falder dets tværsnit, bliver tyndere.

Derfor er de duktile materialer mekanisk bearbejdet for at give dem filiformformer (ledninger, kabler, nåle osv.). På symaskiner repræsenterer coils med coiled tråde et hjem eksempel på duktile materialer; Ellers kunne tekstilfibre aldrig have erhvervet deres karakteristiske former.

Hvad er formålet med duktiliteten i materialerne? Evnen til at dække lange afstande eller attraktive designs, hvad enten der er tale om udvikling af værktøjer, smykker, legetøj; eller til transport af noget fluid, såsom elektrisk strøm.

Den sidste ansøgning er et nøgleeksempel, duktiliteten af ​​materialer, især metaller. De fine kobbertråde (øverste billede) er gode ledere af elektricitet, og sammen med guld og platin er de tilgængelige i mange elektroniske enheder for at sikre deres drift.

Nogle fibre er så fine (med tykkelser på blot nogle få mikrometer), at den poetiske sætning "gyldent hår" påtager sig alle virkelige betydninger. Det samme gælder for kobber og sølv.

Duktilitet ejendom ville ikke være muligt, hvis der ikke var nogen molekylær eller atomare omlægning modvirke kraft, der trækker hændelse. Og hvis det ikke eksisterede, ville mennesket aldrig have kendskab til kablerne, antennerne, broerne ville forsvinde, og verden ville forblive i mørke uden elektrisk lys (udover andre utallige konsekvenser).

indeks

• 1 Hvad er duktiliteten??
• 2 Egenskaber
• 3 Eksempler på duktile metaller
  • 3.1 Størrelse af korn og krystallinske strukturer af metaller
  • 3.2 Effekt af temperatur på metalets svejsbarhed
• 4 Eksperiment for at forklare duktilitet for børn og unge
  • 4.1 Tyggegummi og plasticin
  • 4.2 Demonstration med metaller
• 5 referencer

Hvad er duktiliteten?

I modsætning til formbarheden fortjener duktiliteten en mere effektiv strukturel omlægning.

Hvorfor? Fordi når overfladen, hvor spændingen er større, har det faste stof flere midler til at glide dets molekyler eller atomer, der danner ark eller plader; hvorimod spændingen er koncentreret i et stadig mindre tværsnit, skal den molekylære glidning være mere effektiv til at modvirke denne kraft.

Ikke alle faste stoffer eller materialer kan gøre det, og af den grund bryder de, når de udsættes for trækprøvninger. De opnåede pauser er i gennemsnit vandrette, mens de af de duktile materialer er koniske eller spidse, et tegn på en strækning.

Duktile materialer kan også gå forbi et stresspunkt. Dette kan øges, hvis temperaturen øges, da varmen fremmer og letter de molekylære dias (selvom der er flere undtagelser). Det er så takket være disse jordskred, at et materiale kan udvise duktilitet og derfor være duktilt.

Duktiliteten af ​​et materiale indbefatter imidlertid andre variabler, såsom fugtighed, varme, urenheder og den måde, hvorpå kraft påføres. For eksempel er frisk smeltet glas duktilt, vedtagelse af filiformformer; men når den afkøles, bliver den sprød og kan bryde med enhver mekanisk indvirkning.

egenskaber

Duktile materialer har deres egenskaber direkte relateret til deres molekylære arrangementer. På denne måde kan en stiv metalstang og en våd lerstang være duktil, selv om deres egenskaber afviger enormt.

Men de har alle noget til fælles: en plastisk adfærd, før de brydes op. Hvad er forskellen mellem en plastik og et elastisk objekt?

Det elastiske objekt er reversibelt deformeret, hvilket oprindeligt forekommer med duktile materialer; men trækstyrken øges, deformationen bliver irreversibel og genstanden bliver plastisk.

Fra dette punkt tager tråden eller tråden en bestemt form. Efter en kontinuerlig strækning bliver dens tværsnit så lille, og trækspændingen er for høj, at dens molekylære glider ikke længere kan modvirke spændingen og ender med at bryde.

Hvis materialets duktilitet er ekstremt høj, som i tilfælde af guld, med et gram kan opnås ledninger med længder på op til 66 km med 1 μm tykkelse.

Jo mere elongeret tråden opnås fra en masse, jo mindre er dens tværsnit (medmindre du har tonsvis af guld til at opbygge en ledning med stor tykkelse).

Eksempler på duktile metaller

Metaller er blandt de duktile materialer med utallige anvendelser. Triaden består af metaller: guld, kobber og platin. Den ene er gylden, den anden lyserøde orange og den sidste sølv. Ud over disse metaller er der andre med lavere duktilitet:

-jern

-zink

-Messing (og andre metallegeringer)

-guld

-aluminium

-samarium

-magnesium

-vanadium

-Stål (selv om dens duktilitet kan påvirkes afhængigt af dets carbon sammensætning og andre additiver)

-Sølv

-tin

-Bly (men inden for visse små temperaturområder)

Det er vanskeligt at sikre, uden hvilke tidligere eksperimentelle viden, hvilke metaller der er virkelig duktile. Dens duktilitet afhænger af renhedsgraden og hvordan additiverne interagerer med det metalliske glas.

Andre variabler, såsom størrelsen af ​​de krystallinske korn og arrangementet af krystallen, overvejes også. Derudover spiller antallet af elektroner og molekylære orbitaler involveret i metalbindingen, det vil sige i "hav af elektroner" også en vigtig rolle.

Samspillet mellem alle disse mikroskopiske og elektroniske variabler gør duktilitet et koncept, der skal behandles dybt med en multivariativ analyse; og du vil finde fraværet af en standardregel for alle metaller.

Det er derfor, at to metaller, selvom de har meget lignende egenskaber, måske eller ikke er duktile.

Størrelse af korn og krystallinske strukturer af metaller

Kornene er krystalportioner, der mangler mærkbare uregelmæssigheder (huller) i deres tredimensionale arrays. Ideelt set bør de være helt symmetriske, med deres struktur meget veldefineret.

Hvert korn til det samme metal har den samme krystallinske struktur; det vil sige et metal med en kompakt sekskantet struktur, hcp, har korn med krystaller med et hcp system. Disse er anbragt på en sådan måde, at de før trækkraften eller strækningen glider over hinanden, som om de var fly sammensat af marmor..

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 søger nogle forskere at ændre duktiliteten af ​​visse legeringer gennem den kontrollerede vækst af deres krystallinske korn..

På den anden side, med hensyn til den krystallinske struktur, anvendes sædvanligvis metallerne med et krystallinsk system fcc (konfronteret centreret kubisk, eller kubisk centreret på ansigterne) er de mest duktile. I mellemtiden er metaller med bcc krystallinske strukturer (kubisk centreret krop, cubic centreret på ansigterne) eller hcp, har tendens til at være mindre duktil.

For eksempel har både kobber og jern krystallisere med fcc arrangement, og er mere sejt end zink og cobalt, begge ordninger hcp.

Effekt af temperatur på metallets svejsbarhed

Varmen kan nedsætte eller øge duktiliteten af ​​materialerne, og undtagelserne gælder også for metaller. Som en generel regel, mens du blødgør metalerne, desto større er anlægget at gøre dem til tråde uden at bryde dem.

Dette skyldes, at stigningen i temperaturen bevirker, at de metalliske atomer vibrerer, hvilket resulterer i forening af kornene; det vil sige flere små korn er sammenføjet til dannelse af et stort korn.

Med større korn øges duktiliteten, og molekylære lysbilleder står over for færre fysiske hindringer.

Eksperiment for at forklare duktiliteten for børn og unge

Duktiliteten bliver et ekstremt komplekst begreb, hvis man begynder at analysere mikroskopisk. Så, hvordan forklarer du det til børn og unge? På en sådan måde synes det så simpelt som muligt før dine nysgerrige øjne.

Tyggegummi og plasticin

Hidtil har vi talt om metaller og smeltet glas, men der er andre utroligt duktile materialer: tyggegummi og plastin.

For at vise tyggegummiens ductilitet er det nok at få fat i to masser og begynde at strække dem; den ene til venstre og den anden til højre. Resultatet bliver det for en tyggegummibuffebro, som ikke kan vende tilbage til sin oprindelige form, medmindre den knæder med hænder.

Der kommer dog et punkt, hvor broen til sidst bryder (og gulvet bliver farvet med tyggegummi).

På billedet ovenfor viser det sig, hvordan et barn trykker på en beholder med huller, gør plastikpenne frem som om det var hår. Tørstykke dej er mindre duktil end olieagtig; Derfor kan et eksperiment simpelthen bestå i at skabe to regnorme: den ene med den tørre plastin og den anden fugtet med olie.

Barnet vil bemærke, at den olieagtige orm er lettere at forme og opnå længde på bekostning af dens tykkelse; Mens ormen tørrer, vil det sandsynligvis ende med at bryde flere gange.

Plastin er også et ideelt materiale til at forklare forskellen mellem formbarhed (en båd, en port) og duktilitet (hår, regnorme, slanger, salamandere osv.).

Demonstration med metaller

Selv om unge ikke vil manipulere noget, kan det være en attraktiv og interessant oplevelse for dem at være vidne til dannelsen af ​​kobberledninger i første række. Demonstrationen af ​​duktilitet ville være endnu mere fuldstændig, hvis vi fortsætter med andre metaller og dermed kan sammenligne deres duktilitet.

Dernæst skal alle ledninger gennemgå konstant strækning til deres brydpunkt. Med dette vil den unge visuelt certificere, hvordan duktiliteten påvirker trådens modstand til at bryde.

referencer

1. Encyclopedia of Examples (2017). Duktile materialer. Hentet fra: ejemplos.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. juni 2018). Duktil Definition og Eksempler. Hentet fra: thoughtco.com
3. Chemstorm. (2. marts 2018). Duktil Definition Kemi. Hentet fra: chemstorm.com
4. Bell T. (18. august 2018). Duktilitet forklaret: Trækbelastning og metaller. Balancen. Hentet fra: thebalance.com
5. Dr. Marks R. (2016). Duktilitet i metaller Dept. af maskinteknik, Santa Clara University. [PDF]. Hentet fra: scu.edu
6. Reid D. (2018). Duktilitet: Definition og eksempler. Undersøgelse. Hentet fra: study.com
7. Clark J. (oktober 2012). Metalliske strukturer. Hentet fra: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Fakta om guld. Hentet fra: chemicool.com
9. Materialer i dag. (18. november 2015). Sterke metaller kan stadig være duktile. Elsevier. Hentet fra: materialstoday.com