Duktilitāte: definīcija, plastiskums metālos un atšķirība no kaļamības
Uzzini, kas ir duktilitāte un plastiskums metālos, kā tas atšķiras no kaļamības, un kā temperatūra un spiediens ietekmē materiālu uzvedību.
Duktilitāte nozīmē materiāla spēju izturēt un noturēt plastisku deformāciju stiepes slodzē pirms lūzuma. Citiem vārdiem, duktils materiāls stiepjas un var veidot gara stieņus vai stieples bez saplīšanas, kad uz to iedarbojas stiepes spriegums. Saistīts jēdziens ir kaļamība — materiāla spēja plastiski deformēties kompresijas (spiedes) slodzē, piemēram, saplacināties, sitot ar āmuru vai velmējot.
Plastiskums un tā veidi
Abi šie raksturlielumi — duktilitāte un kaļamība — ir plastiskuma aspekti. Plastiskums nosaka, cik lielā mērā cietu materiālu var pastāvīgi deformēt bez lūzuma. Var izšķirt:
- Tensīvais (stiepes) plastiskums — materiāla spēja izstiepties (duktilitāte); to novērtē, veicot stiepes testu un mērījot procentuāli pagarinājumu pie lūzuma vai platuma samazinājumu (reduction of area).
- Kompressīvais plastiskums — materiāla spēja deformēties spiedes slodzē (kaļamība), svarīga kalšanas, velmēšanas un presēšanas procesiem.
Faktori, kas ietekmē duktilitāti
- Temperatūra — parasti augstāka temperatūra palielina duktilitāti (metāli kļūst mīkstāki un plastiskāki).
- Deformācijas ātrums — ātra slodze bieži samazina duktilitāti (materiāls kļūst trauslāks pie straujas deformācijas).
- Kristāliskā struktūra un dislokācijas — vieglāka dislokāciju kustība (piem., FCC režģis) nodrošina lielāku plastiskumu nekā stingrāki režģi (piem., daži HCP gadījumi).
- Sastāvs un mikrostruktūra — sakausējumu veids, piedevas, porainība un iekšējie spriegumi ietekmē plastiskumu; arī termiskā apstrāde (atkalis, notekūdeņošana) var mainīt duktilitāti.
- Vides faktori — korozija vai zema temperatūra var ievērojami samazināt materiāla plastiskumu.
Mērvienības un testi
Praktiski duktilitāti raksturo ar:
- Procentuālais pagarinājums pie lūzuma (% elongation) — cik procentuāli garums palielinās pirms lūzuma stiepes testā.
- Platuma samazinājums (reduction of area) — relatīvais šķērsgriezuma samazinājums pie lūzuma.
- Stiepes tests (stress–strain curve) — rāda izmaiņas no elastīgas uz plastisku deformāciju, yild point, ultimate tensile strength un posmu ar "necking" pirms lūzuma.
Duktilitātes un kaļamības atšķirība
Lai gan bieži abus terminus lieto kopā, tie nav pilnīgi identiski: duktilitāte attiecas uz uzvedību stiepē, kaļamība — uz uzvedību spiedē. Materiāls var būt ļoti kaļams, bet ne obligāti ļoti duktīls. Piemēram, zeltam parasti ir liels plastiskums gan stiepē, gan spiedē, bet svinam bieži ir relatīvi zems stiepes plastiskums (tas lūst vieglāk stiepē), taču tas ir viegli kaļams un labi deformējas spiedē. Dažkārt vārdu "plastiskums" lieto vispārīgā nozīmē, aptverot abus šos aspektus.
Piemēri un praktiska nozīme
Daudzi metāli, piemēram, zelts, varš, alumīnijs un tērauds, parasti demonstrē augstu plastiskumu, kas ļauj tos vilkt stieplēs, valcēt plāksnēs vai kalt. Duktilitāte ir būtiska rūpnieciskos procesus plānojot — no vadu ražošanas līdz automobiļu un būvmateriālu formēšanai — un tai ir liela nozīme materiālu drošībā, jo duktili materiāli parasti brīdina par gaidāmo sakāvi ar lēnākām, prognozējamām deformācijām, savukārt trausli materiāli var lūzt pēkšņi.
Vēsturiska piezīme
Plastiskuma un materiālu uzvedības zem spiediena jautājumi ir pētīti arī augstos spiedienos; šajā jomā nozīmīgs pētnieks bija Pērsijs Viljamss Bridžmans, kura darbs saistībā ar augstiem spiedieniem tika atzīts ar Nobela prēmiju 1946. gadā.
Alumīnija sakausējuma stiepes tests. Lokālā kakliņa un kausa un konusa lūzuma virsmas ir raksturīgas plastiskiem metāliem.
Šis čuguna stiepes tests liecina par zemu elastību.
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir plastiskums?
A: Duktilitāte ir tad, ja ciets materiāls stiepes deformācijas ietekmē stiepjas.
J: Kas ir plastiskums?
A: Lokanība ir materiāla spēja deformēties spiediena (spiedes sprieguma) ietekmē.
J: Vai plastisku materiālu var izstiept stieplē?
A: Jā, plastisku materiālu var izstiept stieplē.
J: Vai plastisku materiālu var saplacināt ar āmuru vai velmējot?
A: Jā, kaļamo materiālu var saplacināt ar āmuru vai velmēšanu.
J: Kas ir plastiskums?
A: Plastiskums ir tas, cik lielā mērā cietu materiālu var deformēt bez lūzuma.
Vai plastiskums un plastiskums vienmēr ir saistīti?
A: Nē, plastiskums un plastiskums ne vienmēr iet roku rokā. Zeltam ir augsta plastiskums un kaļamība, bet svinam ir zems plastiskums un augsta kaļamība.
J: Kādiem metāliem ir augsta plastiskuma pakāpe?
A: Zeltam, varam, alumīnijam un tēraudam ir augsta plastiskums.
Meklēt