DUKTILNOST: LASTNOSTI, PRIMERI, POSKUSI - KEMIJA - 2025

Duktilnost je lastniška tehnologija materialov, ki jim omogočajo deformira raztegljivo stres; to je ločitev njegovih dveh koncev, ne da bi prišlo do takojšnjega zloma na nekem mestu na sredini podolgovatega odseka. Ko se material razteza, se njegov prerez zmanjša, postane tanjši.

Zato se duktilni materiali mehansko obdelajo v nitkaste oblike (niti, kabli, igle itd.). V šivalnih strojih vretena z navojnimi nitmi predstavljajo domač primer nodularnih materialov; sicer tekstilna vlakna nikoli ne bi mogla dobiti svojih značilnih oblik.

Vir: Emilian Robert Vicol prek Flickr.

Kakšen je namen duktilnosti v materialih? Sposobnost prenašanja dolgih razdalj ali privlačnih modelov, ne glede na to, ali gre za izdelavo orodij, nakita, igrač; ali za transport neke tekočine, na primer električnega toka.

Zadnja aplikacija predstavlja ključni primer duktilnosti materialov, zlasti kovin. Fine bakrene žice (zgornja slika) so dobri prevodniki električne energije, poleg zlata in platine pa se uporabljajo v številnih elektronskih napravah za zagotovitev njihovega delovanja.

Nekatera vlakna so tako fina (debela le nekaj mikrometrov), da poetični stavek "zlati lasje" dobi ves pravi pomen. Enako velja za baker in srebro.

Duktilnost ne bi bila možna lastnost, če ne bi bilo molekularne ali atomske preureditve, ki bi preprečila vpadno natezno silo. In če tega ne bi bilo, človek nikoli ne bi poznal kablov, anten, mostov bi izginil in svet bi ostal v temi brez električne svetlobe (poleg neštetih drugih posledic).

Kaj je duktilnost?

V nasprotju s kovljivostjo duktilnost zahteva učinkovitejšo strukturno preureditev.

Zakaj? Ker je površina, kjer je napetost večja, trdna snov več drsi svoje molekule ali atome, tako da oblikuje liste ali plošče; ker je koncentracija napetosti v manjšem in manjšem preseku mora biti močnejše drsenje učinkovitejše za boj proti tej sili.

Vse trdne snovi ali materiali tega ne zmorejo in se zaradi tega razbijejo, če so podvrženi nateznim preskusom. Dobljeni prelomi so v povprečju vodoravni, medtem ko so nodularni materiali stožčasti ali koničasti, znak raztezanja.

Tudi nodularni materiali se lahko zlomijo mimo stresne točke. To lahko povečate, če je temperatura povišana, saj toplota spodbuja in olajša molekularno drsenje (čeprav obstaja nekaj izjem). Zaradi teh diapozitivov lahko material izkaže duktilnost in je zato duktilna.

Vendar pa duktilnost materiala zajema tudi druge spremenljivke, kot so vlaga, toplota, nečistoče in način uporabe sile. Na primer, na novo staljeno steklo je duktilno in sprejema oblike v obliki niti; Ko pa se ohladi, postane krhka in se lahko zlomi s katerim koli mehanskim udarcem.

Lastnosti

Duktilni materiali imajo svoje lastnosti, ki so neposredno povezane z njihovimi molekularnimi ureditvami. V tem smislu sta lahko trda kovinska palica in mokra glinena palica duktilna, čeprav se njune lastnosti močno razlikujejo.

Vendar pa imajo vsi nekaj skupnega: plastično vedenje pred zlomom. Kakšna je razlika med plastičnim in elastičnim predmetom?

Elastični predmet je reverzibilno deformiran, kar se sprva pojavlja z nodularnimi materiali; s povečanjem natezne sile pa deformacija postane nepovratna in predmet postane plastičen.

Od tega trenutka naprej žica ali nit dobiva določeno obliko. Po nenehnem raztezanju postane njegov presek tako majhen in natezni stres previsok, da njegovi molekularni drsniki ne morejo več uničiti stresa in se na koncu zlomi.

Če je duktilnost materiala izredno velika, kot pri zlatu, je mogoče z enim gramom pridobiti žice dolžine do 66 km z debelino 1 µm.

Bolj podolgovata žica, pridobljena iz mase, manjši je njen presek (razen če so na voljo tone zlata za izdelavo žice velike debeline).

Primeri nodularnih kovin

Kovine so med nodularnimi materiali z nešteto uporabo. Triado sestavljajo kovine: zlato, baker in platina. Eno je zlato, drugo rožnato oranžno, zadnje pa srebrno. Poleg teh kovin obstajajo tudi druge manj duktilnosti:

-Iron

-Cink

-Trgovina (in druge kovinske zlitine)

Zlato

-Aluminij

-Samarij

-Magnezij

-Vanadij

-Često (čeprav lahko vpliva na njegovo duktilnost, odvisno od sestave ogljika in drugih dodatkov)

-Sever

-Kositer

-Stevilo (vendar v določenih majhnih temperaturnih območjih)

Brez predhodnega eksperimentalnega znanja je težko ugotoviti, katere kovine so resnično duktilne. Njegova duktilnost je odvisna od stopnje čistosti in načina, kako aditivi vplivajo na kovinsko steklo.

Upoštevajo se tudi druge spremenljivke, kot so velikost kristalnih zrn in razporeditev kristala. Poleg tega ima pomembno vlogo tudi število elektronov in molekulskih orbitalov, ki so vpletene v kovinsko vez, torej v "elektronsko morje".

Interakcije med vsemi temi mikroskopskimi in elektronskimi spremenljivkami so duktilnost koncept, ki ga je treba temeljito obravnavati z multivariatno analizo; odkrita bo odsotnost standardnega pravila za vse kovine.

Zaradi tega sta dve kovini, čeprav z zelo podobnimi lastnostmi, lahko ali ne.

Velikost zrn in kristalne strukture kovin

Zrna so deli stekla, ki v svojih tridimenzionalnih ureditvah nimajo opaznih nepravilnosti (praznin). V idealnem primeru bi morale biti popolnoma simetrične, z zelo dobro definirano strukturo.

Vsako zrno za isto kovino ima enako kristalno strukturo; to je kovina s kompaktno šesterokotno strukturo, hcp, ima zrna s kristali s sistemom hcp. Ti so razporejeni tako, da pred silo vleke ali raztezanja drsijo drug proti drugemu, kot da bi bila letala, sestavljena iz marmorja.

Kadar letala iz majhnih zrn drsijo na splošno, morajo premagati večjo silo trenja; medtem ko so velike, se lahko premikajo svobodneje. V resnici nekateri raziskovalci poskušajo spremeniti duktilnost nekaterih zlitin z nadzorovano rastjo njihovih kristalnih zrn.

Po drugi strani pa so glede kristalne strukture ponavadi kovine s kristalnim sistemom fcc (obrnjen s kubičnim centrom ali kubičnim središčem). Medtem so kovine s kristalnimi strukturami bcc (telo v središču kubično, kubično osredotočeno na obrazih) ali hcp, ponavadi manj nodularne.

Na primer, baker in železo kristalizirata s fcc razporeditvijo in sta bolj duktilna kot cink in kobalt, oba s hcp aranžmaji.

Vpliv temperature na duktilnost kovin

Toplota lahko zmanjša ali poveča duktilnost materialov, izjeme pa veljajo tudi za kovine. Vendar pa, kot so praviloma mehkejše kovine, lažje jih je pretvoriti v niti, ne da bi se zlomili.

To je posledica dejstva, da zaradi zvišanja temperature kovinski atomi vibrirajo, zaradi česar se zrna poenotijo; to je več majhnih zrn, ki tvorijo eno veliko zrno.

Z večjimi zrni se duktilnost poveča in molekularno zdrs se sooča z manj fizičnimi ovirami.

Eksperimentirajte za razlago duktilnosti za otroke in mladostnike

Vir: Doug Waldron preko Flickr-a.

Duktilnost postane izredno kompleksen pojem, če ga začnete mikroskopsko analizirati. Kako torej to razložite otrokom in mladostnikom? Tako, da se njihovim radovednim očem zdi čim bolj preprosto.

Žvečite in igrajte testo

Do zdaj se je govorilo o staljenem steklu in kovinah, obstajajo pa tudi drugi neverjetno nodularni materiali: žvečilni gumi in modelirna glina.

Za dokazovanje duktilnosti žvečilnega gumija je dovolj, da zgrabite dve masi in jih začnete raztezati; ena se nahaja na levi strani, druga pa bo na desni strani. Rezultat bo viseči gumijasti most, ki se ne bo mogel vrniti v prvotno obliko, če ga ne gnetemo z rokami.

Vendar bo prišla točka, ko se bo most sčasoma zlomil (in tla bodo obarvala z gumi).

Zgornja slika prikazuje, kako otrok s pritiskom na posodo z luknjami iz plastelina vznikne, kot bi bil las. Suhi kiti so manj gnojni kot mastni kiti; Zato bi lahko poskus preprosto pomenil ustvarjanje dveh deževnikov: enega s suho glino, drugega pa navlaženega v olju.

Otrok bo opazil, da se oljni črv lažje oblikuje in pridobi dolžino na račun njegove debeline; Medtem ko se črv izsuši, se bo verjetno večkrat pokvarilo.

Plasticin predstavlja tudi idealen material za razlago razlike med pokvarjenostjo (čoln, vrata) in duktilnostjo (lasje, črvi, kače, salamandri itd.).

Demonstracija s kovinami

Čeprav mladostniki sploh ne bodo ničesar manipulirali, je lahko priča, kako nastajajo bakrene žice v prvi vrsti, za njih privlačna in zanimiva izkušnja. Dokazovanje duktilnosti bi bilo še bolj dovršeno, če bi nadaljevali z drugimi kovinami in bi tako lahko primerjali njunost.

Nato je treba vse žice neprekinjeno raztezati do točke preloma. S tem bo mladostnik vizualno potrdil, kako duktilnost vpliva na odpornost žice, da se zlomi.

Reference

1. Enciklopedija primerov (2017). Duktilni materiali. Pridobljeno iz: example.co
2. Helmenstine, Anne Marie, dr. (22. junij 2018). Duktilna definicija in primeri. Pridobljeno: misel.com
3. Chemstorm. (02.03.2018). Kemija duktilne definicije. Pridobljeno: chemstorm.com
4. Bell T. (18. avgust 2018). Pojasnjena duktilnost: natezne napetosti in kovine. Ravnovesje. Pridobljeno od: thebalance.com
5. Dr. Marks R. (2016). Duktilnost v kovinah. Oddelek za strojništvo, Univerza Santa Clara. . Pridobljeno iz: scu.edu
6. Reid D. (2018). Duktilnost: definicija in primeri. Študij. Pridobljeno: study.com
7. Clark J. (oktober 2012). Kovinske konstrukcije. Pridobljeno: chemguide.co.uk
8. Kemikool. (2018). Dejstva o zlatu. Pridobljeno: chemicool.com
9. Materiali danes. (2015, 18. novembra). Močne kovine so še vedno lahko duktilne. Elsevier. Pridobljeno: materialstoday.com