Kujnost - Ductility - Wikipedia

Tažnost ve vědě o Zemi viz Tažnost (věda o Zemi).
„Malleability“ přeadresuje tady. Vlastnost v kryptografii viz Malleability (kryptografie).
Zkouška tahem Slitina AlMgSi. Pro tvárné kovy jsou typické lokální zúžení a lomové plochy kalíšku a kužele.
Tato tahová zkouška a tvárná litina vykazuje nízkou tažnost.

Kujnost je mechanická vlastnost, která se běžně označuje jako přístupnost materiálu výkres (např. do drátu).[1] v věda o materiálech, tažnost je definována mírou, do jaké může materiál vydržet plastickou deformaci při tahovém napětí před poruchou.[2][3] Tažnost je důležitým hlediskem ve strojírenství a výrobě, která definuje vhodnost materiálu pro určité výrobní operace (např práce za studena ) a jeho schopnost absorbovat mechanické přetížení.[4] Mezi materiály, které se obecně označují jako tvárné, patří zlato a měď.[5]

Kujnost, podobná mechanická vlastnost, je charakterizována schopností materiálu plasticky se deformovat bez poruchy pod kompresní stres.[6][7] Historicky byly materiály považovány za tvárné, pokud byly schopné tváření kladivem nebo válcováním.[1] Olovo je příkladem materiálu, který je relativně tvárný, ale není tvárný.[5][8]

Věda o materiálech

Zlato je extrémně tvárné. Může být natažen do monatomického drátu a poté se ještě více roztahuje, než se zlomí.[9]

Tažnost je zvláště důležitá v obrábění kovů, protože s materiály, které praskají, lámou se nebo se rozbijí, nelze manipulovat pomocí tváření kovů procesy jako bušení, válcování, výkres nebo vytlačování. Temperovatelné materiály lze tvarovat za studena lisování nebo lisování, zatímco křehké materiály mohou být obsazení nebo tepelně tvarovaný.

Vyskytují se vysoké stupně tvárnosti kovové vazby, které se nacházejí převážně v kovech; to vede k obecnému vnímání, že kovy jsou obecně tvárné. V kovových vazbách valenční skořápka elektrony jsou delokalizovány a sdíleny mezi mnoha atomy. The delokalizované elektrony umožnit atomům kovů klouzat kolem sebe, aniž by byly vystaveny silným odpudivým silám, které by způsobily rozbití jiných materiálů.

Tažnost ocel se liší v závislosti na legujících složkách. Zvyšování úrovní uhlík snižuje tažnost. Mnoho plastů a amorfní pevné látky, jako Play-Doh, jsou také tvárné. Nejtvárnější kov je Platina a nejkujnější kov je zlato.[10][11] Když jsou tyto kovy velmi roztažené, deformují se tvorbou, přeorientováním a migrací dislokace a křišťálová dvojčata bez znatelného kalení.[12]

Kvantifikace tvárnosti

Veličiny běžně používané k definování tažnosti při zkoušce tahem jsou procentní prodloužení (někdy označované jako ) a zmenšení plochy (někdy označované jako ) při zlomenině.[13] Zlomenina je kmen technické napětí při kterém se zkušební vzorek zlomí během a jednoosý tahová zkouška. Procentní prodloužení nebo technické přetvoření při lomu lze zapsat jako: [14][15][16]

Procentní zmenšení plochy lze zapsat jako: [14][15][16]

kde dotyčná oblast je plocha průřezu měřidla vzorku.

Podle Shigley's Mechanical Engineering Design [17] významný označuje asi 5,0 procentní prodloužení.

Tažná-křehká teplota přechodu

Schematický vzhled kulatých kovových tyčí po zkoušce tahem.
a) Křehká zlomenina
(b) Tvárná zlomenina
(c) Zcela tvárná zlomenina

Tažná-křehká přechodová teplota (DBTT), nulová teplota tažnosti (NDT) nebo nulová tažná přechodová teplota kovu je teplota, při které energie lomu prochází pod předem stanovenou hodnotu (pro oceli obvykle 40 J[18] pro standard Charpyho nárazová zkouška ). DBTT je důležité, protože jakmile je materiál ochlazen pod DBTT, má mnohem větší tendenci se při nárazu roztříštit, místo aby se ohýbal nebo deformoval. Například, zamak 3 vykazuje dobrou tažnost při pokojové teplotě, ale rozbije se při nárazu při teplotách pod nulou. DBTT je velmi důležitým faktorem při výběru materiálů, které jsou vystaveny mechanickému namáhání. Podobný jev, teplota skleněného přechodu, vyskytuje se u brýlí a polymerů, i když mechanismus je u nich odlišný amorfní materiály.

U některých materiálů je přechod ostřejší než u jiných a obvykle vyžaduje teplotně citlivý deformační mechanismus. Například v materiálech s a centrovaný na tělo (bcc) mřížka je DBTT snadno patrná jako pohyb šroubu dislokace je velmi citlivý na teplotu, protože přesmyk dislokačního jádra před sklouznutím vyžaduje tepelnou aktivaci. To může být problematické pro oceli s vysokým obsahem uhlíku ferit obsah. To skvěle vyústilo ve vážnost praskání trupu na lodích Liberty v chladnějších vodách během druhá světová válka, což způsobilo mnoho potopení. DBTT může být také ovlivněna vnějšími faktory, jako je neutronové záření, což vede ke zvýšení interních závady mřížky a odpovídající snížení tažnosti a zvýšení DBTT.

Nejpřesnější metodou měření DBTT materiálu je metoda testování zlomenin. Typicky čtyřbodové ohybové zkoušky při různých teplotách se provádí na předem prasklé tyče z leštěného materiálu.

U experimentů prováděných při vyšších teplotách dislokace aktivita[je zapotřebí objasnění ] zvyšuje. Při určité teplotě dislokační štít[je zapotřebí objasnění ] špička trhliny do takové míry, že aplikovaná rychlost deformace není dostatečná k tomu, aby intenzita napětí na špičce trhliny dosáhla kritické hodnoty pro lom (KiC). Teplota, při které k tomu dochází, je tvárná-křehká teplota přechodu. Pokud jsou experimenty prováděny při vyšší rychlosti deformace, je zapotřebí více dislokačního stínění, aby se zabránilo křehkosti zlomenina a teplota přechodu se zvýší.[Citace je zapotřebí ]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Brande, William Thomas (1853). Slovník vědy, literatury a umění: Zahrnující historii, popis a vědecké principy každé větve lidských znalostí: s odvozením a definicí všech všeobecně používaných výrazů. Harper & Brothers. str. 369.
  2. ^ Kalpakjian, Serope, 1928- (1984). Výrobní procesy pro strojírenské materiály. Reading, Mass .: Addison-Wesley. str. 30. ISBN  0-201-11690-1. OCLC  9783323.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  3. ^ „Tažnost - Co je to tvárný materiál“. Jaderná energie. Citováno 2020-11-14.
  4. ^ Budynas, Richard G. (2015). Shigley's Mechanical Engineering Design - 10. vydání. McGraw Hill. str. 233. ISBN  978-0-07-339820-4..
  5. ^ A b Chandler Roberts-Austen, William (1894). Úvod do studia metalurgie. Londýn: C. Griffin. str. 16.
  6. ^ „Malleability - temperovatelné materiály“. Jaderná energie. Archivováno z původního dne 2020-09-25. Citováno 2020-11-14.
  7. ^ DĚLEJTE ZÁKLADNÍ VĚDU O MATERIÁLU. Svazek 1, modul 2 - Vlastnosti kovů. Americké ministerstvo energetiky. Ledna 1993. str. 25.
  8. ^ Rich, Jack C. (1988). Materiály a metody sochařství. Publikace Courier Dover. str.129. ISBN  978-0-486-25742-6..
  9. ^ Masuda, Hideki (2016). „Kombinovaná přenosová elektronová mikroskopie - pozorování procesu formování na místě a měření fyzikálních vlastností kovových drátů s jednou atomovou velikostí na místě“. V Janeček, Miloš; Kral, Robert (eds.). Moderní elektronová mikroskopie ve fyzikálních a biologických vědách. InTech. doi:10.5772/62288. ISBN  978-953-51-2252-4.
  10. ^ Vaccaro, John (2002) Příručka materiálů, Příručky Mc Graw-Hill, 15. vydání.
  11. ^ Schwartz, M. (2002) CRC encyklopedie materiálů dílů a povrchových úprav, 2. vyd.
  12. ^ Lah, Che; Akmal, Nurul; Trigueros, Sonia (2019). "Syntéza a modelování mechanických vlastností nanodrátů Ag, Au a Cu". Sci. Technol. Adv. Mater. 20 (1): 225–261. Bibcode:2019STAdM..20..225L. doi:10.1080/14686996.2019.1585145. PMC  6442207. PMID  30956731.
  13. ^ Dieter, G. (1986) Mechanická metalurgieMcGraw-Hill, ISBN  978-0-07-016893-0
  14. ^ A b „Recenze tvárnosti - pevnostní mechanika materiálů - okraj inženýrů“. www.engineersedge.com. Citováno 2020-07-14.
  15. ^ A b Askeland, Donald R. (2016). "6-4 Vlastnosti získané tahovou zkouškou". Věda a inženýrství materiálů. Wright, Wendelin J. (sedmé vydání). Boston, MA. str. 195. ISBN  978-1-305-07676-1. OCLC  903959750.
  16. ^ A b Callister, William D., Jr. (2010). "6.6 Vlastnosti v tahu". Věda o materiálech a inženýrství: úvod. Rethwisch, David G. (8. vydání). Hoboken, NJ. str. 166. ISBN  978-0-470-41997-7. OCLC  401168960.
  17. ^ Budynas, Richard G. (2015). Shigley's Mechanical Engineering Design - 10. vydání. McGraw Hill. str. 233. ISBN  978-0-07-339820-4..
  18. ^ John, Vernon (1992). Úvod do technických materiálů, 3. vyd. New York: Průmyslový tisk. ISBN  0-8311-3043-1.

externí odkazy