Пластичность - Ductility

Для пластичности в науках о Земле см. Пластичность (Науки о Земле).
«Податливость» перенаправляется сюда. Для свойства в криптографии см. Податливость (криптография).
Испытание на растяжение Сплав AlMgSi. Для пластичных металлов характерны локальные шейки и поверхности излома чашечек и конусов.
Это испытание на растяжение чугун с шаровидным графитом демонстрирует низкую пластичность.

Пластичность это механическое свойство, обычно описываемое как способность материала Рисование (например, в провод).[1] В материаловедение, пластичность определяется степенью, в которой материал может выдерживать пластическую деформацию при растягивающем напряжении до разрушения.[2][3] Пластичность - важный фактор в проектировании и производстве, определяющий пригодность материала для определенных производственных операций (таких как холодная обработка ) и его способность поглощать механическую перегрузку.[4] Материалы, которые обычно называют пластичными, включают: золото и медь.[5]

Пластичность, аналогичное механическое свойство, характеризуется способностью материала пластически деформироваться без разрушения при сжимающий стресс.[6][7] Исторически материалы считались пластичными, если их можно было формовать молотком или прокаткой.[1] Свинец является примером материала, который относительно податлив, но не пластичен.[5][8]

Материаловедение

Золото чрезвычайно пластично. Его можно втянуть в одноатомную проволоку, а затем растянуть еще больше, прежде чем она порвется.[9]

Пластичность особенно важна в металлообработка, поскольку материалы, которые трескаются, ломаются или раскалываются под воздействием напряжения, нельзя обрабатывать обработки металлов давлением такие процессы как стучать, прокатка, Рисование или же выдавливание. Податливые материалы можно формовать в холодном состоянии, используя штамповка или же давящий, тогда как хрупкие материалы могут быть В ролях или же термоформованный.

Высокая пластичность возникает благодаря металлические облигации, которые содержатся преимущественно в металлах; это приводит к распространенному мнению, что металлы в целом пластичны. В металлических связях валентной оболочки электроны делокализованы и разделяются между многими атомами. В делокализованные электроны позволяют атомам металлов скользить друг мимо друга, не подвергаясь воздействию сильных сил отталкивания, которые могут привести к разрушению других материалов.

Пластичность стали варьируется в зависимости от легирующих компонентов. Повышение уровня углерод снижает пластичность. Многие пластмассы и аморфные твердые тела, Такие как Play-Doh, также являются ковкими. Самый пластичный металл платина а самый ковкий металл - это золото.[10][11] При сильном растяжении такие металлы деформируются за счет образования, переориентации и миграции вывихи и хрустальные близнецы без заметного затвердевания.[12]

Количественная оценка пластичности

Величины, обычно используемые для определения пластичности при испытании на растяжение, представляют собой относительное удлинение в процентах (иногда обозначаемое как ) и уменьшение площади (иногда обозначается как ) при переломе.[13] Деформация перелома - это инженерное напряжение при котором образец для испытаний разрушается во время одноосный Тест на растяжку. Процентное удлинение или инженерная деформация при разрыве можно записать как: [14][15][16]

Процент уменьшения площади можно записать как: [14][15][16]

где исследуемая область - это площадь поперечного сечения калибра образца.

Согласно машиностроительному проекту Шигли [17] существенный означает удлинение примерно 5,0%.

Температура перехода между вязким и хрупким состояниями

Схематический вид металлических прутков круглого сечения после испытаний на растяжение.
(а) Хрупкое разрушение
(б) Вязкое разрушение
(c) Полностью пластичное разрушение

Температура перехода между пластичностью и хрупкостью (DBTT), температура нулевой пластичности (NDT) или температура перехода металла без пластичности - это температура, при которой энергия разрушения становится ниже заданного значения (для сталей обычно 40 Дж.[18] для стандарта Испытание на удар по Шарпи ). DBTT важен, поскольку, как только материал охлаждается ниже DBTT, он имеет гораздо большую тенденцию к разрушению при ударе, а не к изгибу или деформации. Например, замак 3 проявляет хорошую пластичность при комнатной температуре, но разрушается при ударе при отрицательных температурах. DBTT - очень важный фактор при выборе материалов, подверженных механическим нагрузкам. Похожее явление температура стеклования, происходит со стеклами и полимерами, хотя в этих аморфные материалы.

В некоторых материалах переход более резкий, чем в других, и обычно требуется механизм деформации, чувствительный к температуре. Например, в материалах с объемно-центрированный кубический (ОЦК) решетки DBTT легко увидеть, поскольку движение винта вывихи очень чувствительна к температуре, потому что перестройка ядра дислокации перед проскальзыванием требует термической активации. Это может быть проблематично для сталей с высоким феррит содержание. Это, как известно, привело к серьезным растрескивание корпуса кораблей Liberty в более холодной воде во время Вторая Мировая Война, что привело к множеству погружений. На DBTT также могут влиять внешние факторы, такие как: нейтронное излучение, что приводит к увеличению внутреннего дефекты решетки и соответствующее снижение пластичности и увеличение DBTT.

Самый точный метод измерения DBTT материала - это испытание на излом. Обычно испытание на четырехточечный изгиб в диапазоне температур выполняется на предварительно растрескавшихся прутках из полированного материала.

Для экспериментов, проводимых при более высоких температурах, вывих Мероприятия[требуется разъяснение ] увеличивается. При определенной температуре дислокации экранируют[требуется разъяснение ] вершина трещины до такой степени, что приложенная скорость деформации недостаточна для того, чтобы интенсивность напряжения в вершине трещины достигла критического значения для разрушения (KIC). Температура, при которой это происходит, является температурой вязко-хрупкого перехода. Если эксперименты проводятся при более высокой скорости деформации, требуется большее экранирование дислокаций для предотвращения хрупкости. перелом, и температура перехода повышается.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Бранде, Уильям Томас (1853). Словарь науки, литературы и искусства: содержит историю, описание и научные принципы каждой отрасли человеческого знания: с выводом и определением всех терминов общего пользования. Харпер и братья. п. 369.
  2. ^ Калпакчян, Серопе, 1928- (1984). Процессы производства инженерных материалов. Ридинг, Массачусетс: Эддисон-Уэсли. п. 30. ISBN  0-201-11690-1. OCLC  9783323.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ «Пластичность - что такое пластичный материал». Атомная энергия. Получено 2020-11-14.
  4. ^ Будинас, Ричард Г. (2015). Дизайн машиностроения Шигли - 10-е изд.. Макгроу Хилл. п. 233. ISBN  978-0-07-339820-4..
  5. ^ а б Чендлер Робертс-Остин, Уильям (1894). Введение в изучение металлургии. Лондон: К. Гриффин. п. 16.
  6. ^ «Пластичность - Тягкие материалы». Атомная энергия. В архиве из оригинала на 2020-09-25. Получено 2020-11-14.
  7. ^ DOE FUNDAMENTALS СПРАВОЧНИК ПО МАТЕРИАЛАМ. Том 1, Модуль 2 - Свойства металлов. Министерство энергетики США. Январь 1993. с. 25.
  8. ^ Рич, Джек С. (1988). Материалы и методы скульптуры. Courier Dover Publications. п.129. ISBN  978-0-486-25742-6..
  9. ^ Масуда, Хидеки (2016). «Комбинированная просвечивающая электронная микроскопия - наблюдение на месте процесса формирования и измерение физических свойств металлических проводов с одиночным атомным размером». В Янечеке, Милош; Крал, Роберт (ред.). Современная электронная микроскопия в физике и науках о жизни. InTech. Дои:10.5772/62288. ISBN  978-953-51-2252-4.
  10. ^ Ваккаро, Джон (2002) Справочник по материалам, Справочники Mc Graw-Hill, 15-е изд.
  11. ^ Шварц, М. (2002) CRC энциклопедия материалов деталей и отделок, 2-е изд.
  12. ^ Ла, Че; Акмал, Нурул; Тригуэрос, Соня (2019). «Синтез и моделирование механических свойств нанопроволок Ag, Au и Cu». Sci. Technol. Adv. Матер. 20 (1): 225–261. Bibcode:2019STAdM..20..225L. Дои:10.1080/14686996.2019.1585145. ЧВК  6442207. PMID  30956731.
  13. ^ Дитер, Г. (1986) Механическая металлургия, Макгроу-Хилл, ISBN  978-0-07-016893-0
  14. ^ а б «Обзор пластичности - Механика прочности материалов - Инженерный край». www.engineersedge.com. Получено 2020-07-14.
  15. ^ а б Аскеланд, Дональд Р. (2016). «6-4 свойств, полученных в результате испытания на растяжение». Наука и инженерия материалов. Райт, Венделин Дж. (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс. п. 195. ISBN  978-1-305-07676-1. OCLC  903959750.
  16. ^ а б Каллистер, Уильям Д. младший (2010). «6.6 Свойства при растяжении». Материаловедение и инженерия: введение. Ретвиш, Дэвид Г. (8-е изд.). Хобокен, штат Нью-Джерси. п. 166. ISBN  978-0-470-41997-7. OCLC  401168960.
  17. ^ Будинас, Ричард Г. (2015). Дизайн машиностроения Шигли - 10-е изд.. Макгроу Хилл. п. 233. ISBN  978-0-07-339820-4..
  18. ^ Джон, Вернон (1992). Введение в инженерные материалы, 3-е изд. Нью-Йорк: Промышленная пресса. ISBN  0-8311-3043-1.

внешняя ссылка