Plik plastyczność Jest to technologiczna właściwość materiałów, która pozwala im odkształcać się pod wpływem naprężeń rozciągających; to znaczy oddzielenie jej dwóch końców bez natychmiastowego pęknięcia w pewnym punkcie w środku wydłużonej sekcji. W miarę wydłużania się materiału jego przekrój zmniejsza się, stając się cieńszy.
Dlatego materiały plastyczne są obrabiane mechanicznie w kształtki nitkowate (nici, kable, igły itp.). W maszynach do szycia szpulki z nawiniętymi nitkami stanowią domowy przykład plastycznych materiałów; w przeciwnym razie włókna tekstylne nigdy nie byłyby w stanie uzyskać ich charakterystycznych kształtów.
Jaki jest cel ciągliwości w materiałach? To, że jest w stanie pokonywać duże odległości lub atrakcyjne projekty, czy to do wyrobu narzędzi, biżuterii, zabawek; lub do transportu niektórych płynów, takich jak prąd elektryczny.
To ostatnie zastosowanie stanowi kluczowy przykład plastyczności materiałów, zwłaszcza metali. Drobne druty miedziane (górne zdjęcie) są dobrymi przewodnikami elektryczności i razem ze złotem i platyną są stosowane w wielu urządzeniach elektronicznych, aby zapewnić ich działanie..
Niektóre włókna są tak cienkie (zaledwie kilka mikrometrów), że poetyckie określenie „złote włosy” nabiera prawdziwego znaczenia. To samo dotyczy miedzi i srebra.
Ciągliwość nie byłaby możliwą właściwością, gdyby nie było przegrupowania molekularnego lub atomowego w celu przeciwdziałania padającej sile rozciągającej. A gdyby go nie było, człowiek nigdy nie poznałby kabli, anten, mostów zniknęłyby, a świat pozostałby w ciemności bez światła elektrycznego (oprócz niezliczonych innych konsekwencji).
Indeks artykułów
W przeciwieństwie do ciągliwości, plastyczność gwarantuje bardziej wydajne przegrupowanie strukturalne.
Dlaczego? Ponieważ gdy powierzchnia, na której występuje napięcie, jest większa, ciało stałe ma więcej środków do przesuwania swoich cząsteczek lub atomów, tworząc arkusze lub płyty; podczas gdy gdy naprężenie koncentruje się w coraz mniejszym przekroju, poślizg molekularny musi być skuteczniejszy, aby przeciwdziałać tej sile.
Nie wszystkie ciała stałe lub materiały to potrafią iz tego powodu pękają podczas próby rozciągania. Uzyskane pęknięcia są średnio poziome, podczas gdy w przypadku materiałów ciągliwych są stożkowe lub spiczaste, co jest oznaką rozciągania..
Materiały sferoidalne mogą również przełamać punkt naprężenia. Można to zwiększyć, jeśli temperatura wzrośnie, ponieważ ciepło sprzyja i ułatwia poślizg molekularny (chociaż jest kilka wyjątków). To właśnie dzięki tym suwakom materiał może wykazywać ciągliwość, a zatem być plastyczny..
Jednak plastyczność materiału obejmuje inne zmienne, takie jak wilgotność, ciepło, zanieczyszczenia i sposób przyłożenia siły. Na przykład świeżo stopione szkło jest plastyczne, ponieważ przybiera kształty nitkowate; ale po schłodzeniu staje się kruchy i może pęknąć przy każdym mechanicznym uderzeniu.
Materiały sferoidalne mają swoje własne właściwości bezpośrednio związane z ich układami molekularnymi. W tym sensie sztywny pręt metalowy i mokry pręt gliniany mogą być plastyczne, mimo że ich właściwości znacznie się różnią..
Jednak wszystkie mają coś wspólnego: zachowanie plastyczne przed pęknięciem. Jaka jest różnica między przedmiotem plastikowym a elastycznym?
Przedmiot elastyczny ulega odwracalnej deformacji, co początkowo występuje w przypadku materiałów ciągliwych; ale zwiększając siłę rozciągającą, odkształcenie staje się nieodwracalne, a przedmiot staje się plastyczny.
Od tego momentu drut lub nić nabiera określonego kształtu. Po ciągłym rozciąganiu jego przekrój staje się tak mały, a naprężenie rozciągające zbyt duże, że jego ślizgacze molekularne nie mogą już przeciwdziałać naprężeniu i kończy się pękaniem..
Jeśli plastyczność materiału jest wyjątkowo duża, jak w przypadku złota, przy jednym gramie można otrzymać druty o długości do 66 km i grubości 1 µm..
Im dłuższy drut uzyskany z masy, tym mniejszy będzie jego przekrój (chyba że ton złota jest dostępnych do zbudowania drutu o znacznej grubości).
Metale należą do materiałów ciągliwych o niezliczonych zastosowaniach. Triada składa się z metali: złota, miedzi i platyny. Jedna jest złota, druga różowawo-pomarańczowa, a ostatnia srebrna. Oprócz tych metali istnieją inne o mniejszej plastyczności:
-Żelazo
-Cynk
-Mosiądz (i inne stopy metali)
-Złoto
-Aluminium
-Samar
-Magnez
-Wanad
-Stal (chociaż może to mieć wpływ na jej ciągliwość w zależności od składu węgla i innych dodatków)
-Srebro
-Cyna
-Ołów (ale w pewnych małych zakresach temperatur)
Trudno jest ustalić, bez wcześniejszej wiedzy doświadczalnej, które metale są naprawdę plastyczne. Jego ciągliwość zależy od stopnia czystości i od interakcji dodatków ze szkłem metalicznym..
Pod uwagę brane są również inne zmienne, takie jak rozmiar ziaren kryształu i rozmieszczenie kryształu. Ponadto ważną rolę odgrywa również liczba elektronów i orbitali molekularnych zaangażowanych w wiązanie metaliczne, czyli w „morzu elektronów”..
Interakcje między wszystkimi tymi mikroskopowymi i elektronicznymi zmiennymi sprawiają, że ciągliwość jest koncepcją, którą należy dokładnie przeanalizować za pomocą analizy wieloczynnikowej; a brak standardowej reguły dla wszystkich metali zostanie znaleziony.
Z tego powodu dwa metale, chociaż mają bardzo podobne właściwości, mogą być plastyczne lub nie..
Ziarna to fragmenty szkła, którym brakuje zauważalnych nieregularności (szczelin) w ich trójwymiarowym układzie. Idealnie powinny być całkowicie symetryczne, o bardzo dobrze zdefiniowanej strukturze.
Każde ziarno tego samego metalu ma taką samą strukturę krystaliczną; czyli metal o zwartej strukturze heksagonalnej, hcp, ma ziarna z kryształami w układzie hcp. Są one ułożone w taki sposób, że pod wpływem siły ciągnięcia lub rozciągania ślizgają się po sobie, jakby były płaszczyznami zbudowanymi z marmurów..
Generalnie, gdy płaszczyzny złożone z małych ziaren ślizgają się, muszą pokonać większą siłę tarcia; a jeśli są duże, mogą poruszać się swobodniej. W rzeczywistości niektórzy badacze starają się zmodyfikować plastyczność niektórych stopów poprzez kontrolowany wzrost ich krystalicznych ziaren..
Z drugiej strony, ze względu na strukturę krystaliczną, zwykle metale z układem krystalicznym fcc (obliczona centralnie sześcienna, lub sześcienny centrowany na twarzy) są najbardziej plastyczne. Tymczasem metale o strukturach krystalicznych bcc (wyśrodkowany sześcienny ciała, centrowany sześcienny) lub hcp, są zwykle mniej plastyczne.
Na przykład zarówno miedź, jak i żelazo krystalizują z układem fcc i są bardziej plastyczne niż cynk i kobalt, oba z układami hcp..
Ciepło może zmniejszyć lub zwiększyć ciągliwość materiałów, a wyjątki dotyczą również metali. Jednak z reguły im bardziej miękkie są metale, tym łatwiej jest zamienić je w nici bez zrywania..
Wynika to z faktu, że wzrost temperatury powoduje drgania atomów metalu, co skutkuje ujednoliceniem ziaren; to znaczy, że kilka małych ziaren jest połączonych w jedno duże ziarno.
W przypadku większych ziaren plastyczność wzrasta, a poślizg molekularny napotyka mniej przeszkód fizycznych.
Ciągliwość staje się niezwykle złożoną koncepcją, jeśli zaczniesz analizować ją mikroskopowo. Jak więc wytłumaczyć to dzieciom i młodzieży? W taki sposób, aby wyglądało to jak najprostsze dla ich wścibskich oczu.
Do tej pory mówiono o stopionym szkle i metalach, ale są też inne niezwykle plastyczne materiały: guma do żucia i ciasto do zabawy..
Aby zademonstrować plastyczność gumy do żucia, wystarczy chwycić dwie masy i zacząć je rozciągać; jeden znajduje się po lewej stronie, a drugi będzie przenoszony po prawej stronie. Rezultatem będzie wiszący most gumowy, który nie będzie w stanie powrócić do swojego pierwotnego kształtu, dopóki nie zostanie ugnieciony rękami..
Jednak nadejdzie punkt, w którym most w końcu się złamie (a podłoga zostanie poplamiona gumą).
Powyższy obrazek pokazuje, jak dziecko naciskając pojemnik z otworami sprawia, że plastelina wyłania się jak włosy. Suchy kit jest mniej plastyczny niż tłusty kit; Dlatego eksperyment mógłby po prostu polegać na stworzeniu dwóch robaków: jednego z suchym ciastem, a drugiego zwilżonego olejem..
Dziecko zauważy, że tłusty robak jest łatwiejszy do uformowania i nabiera długości kosztem swojej grubości; gdy robak wysycha, prawdopodobnie kilka razy ulegnie rozpadowi.
Plastelina jest również idealnym materiałem do wyjaśnienia różnicy między plastycznością (łódka, brama) a plastycznością (sierść, robaki, węże, salamandry itp.).
Chociaż nastolatki nie będą w ogóle niczym manipulować, obserwowanie powstawania miedzianych drutów w pierwszym rzędzie może być dla nich atrakcyjnym i interesującym doświadczeniem. Wykazanie ciągliwości byłoby jeszcze pełniejsze, gdybyśmy postępowali z innymi metalami, a tym samym byliby w stanie porównać ich ciągliwość.
Następnie wszystkie druty muszą być poddawane ciągłemu rozciąganiu aż do ich zerwania. Dzięki temu nastolatek wizualnie potwierdzi, jak plastyczność wpływa na odporność drutu na zerwanie..
Jeszcze bez komentarzy