Delen:
Ductility in wat het bestaat, eigenschappen, voorbeelden, experimenten
de buigzaamheid het is een technologische eigenschap van de materialen die hen in staat stelt te vervormen vóór een rekspanning; dat wil zeggen, de scheiding van de twee uiteinden ervan zonder dat er een vroege breuk is ergens in het midden van de langwerpige sectie. Naarmate het materiaal langer wordt, neemt de doorsnede af en wordt het dunner.
Daarom worden de ductiele materialen mechanisch bewerkt om hen draadvormige vormen te geven (draden, kabels, naalden, enz.). Op naaimachines vertegenwoordigen spoelen met gewikkelde draden een voorbeeld van ductiele materialen thuis; anders zouden textielvezels nooit hun karakteristieke vormen kunnen aannemen.
Wat is het doel van de ductiliteit in de materialen? De mogelijkheid om lange afstanden af te leggen of aantrekkelijke ontwerpen, of het nu gaat om de ontwikkeling van gereedschappen, juwelen, speelgoed; of voor het transport van een bepaalde vloeistof, zoals elektrische stroom.
De laatste toepassing is een belangrijk voorbeeld van de taaiheid van materialen, vooral die van metalen. De fijne koperdraden (bovenste afbeelding) zijn goede geleiders van elektriciteit en zijn, samen met goud en platina, beschikbaar in veel elektronische apparaten om hun werking te garanderen.
Sommige vezels zijn zo fijn (met een dikte van slechts een paar micrometer), dat de poëtische uitdrukking 'gouden haar' alle echte betekenis aanneemt. Hetzelfde geldt voor koper en zilver.
Buigzaamheid zou geen mogelijke eigenschap zijn als er geen moleculaire of atomaire herschikking zou zijn om de invallende trekkracht tegen te gaan. En als het niet bestond, zou de mens nooit de kabels gekend hebben, de antennes, de bruggen zouden verdwijnen, en de wereld zou in duisternis blijven zonder elektrisch licht (naast andere ontelbare gevolgen).
index
- 1 Wat is de ductiliteit??
- 2 Eigenschappen
- 3 Voorbeelden van ductiele metalen
- 3.1 Grootte van korrels en kristallijne structuren van metalen
- 3.2 Effect van temperatuur op de vervormbaarheid van metalen
- 4 Experiment om ductiliteit voor kinderen en adolescenten te verklaren
- 4.1 Kauwgom en plasticine
- 4.2 Demonstratie met metalen
- 5 Referenties
Wat is de ductiliteit?
In tegenstelling tot de maakbaarheid, verdient de taaiheid een efficiëntere structurele herschikking.
Waarom? Omdat, wanneer het oppervlak waar de spanning groter is, de vaste stof meer middelen heeft om zijn moleculen of atomen te schuiven, waarbij vellen of platen worden gevormd; terwijl wanneer de spanning wordt geconcentreerd in een steeds kleiner wordende dwarsdoorsnede, de moleculaire slip efficiënter moet zijn om deze kracht tegen te gaan.
Niet alle vaste stoffen of materialen kunnen dit doen en om die reden breken ze wanneer ze worden onderworpen aan trekproeven. De verkregen breuken zijn gemiddeld horizontaal, terwijl die van de taaie materialen kegelvormig of puntig zijn, een teken van rek.
Nodulair materiaal kan ook voorbij een stresspunt breken. Dit kan worden verhoogd als de temperatuur wordt verhoogd, omdat de hitte de moleculaire objectglaasjes bevordert en faciliteert (hoewel er verschillende uitzonderingen zijn). Het is dan dankzij deze aardverschuivingen dat een materiaal ductiliteit kan vertonen en daarom taai is.
De ductiliteit van een materiaal omvat echter andere variabelen, zoals vochtigheid, warmte, onzuiverheden en de manier waarop kracht wordt uitgeoefend. Zo is bijvoorbeeld vers gesmolten glas taai en neemt het draadvormige vormen aan; maar wanneer het wordt afgekoeld, wordt het broos en kan het breken met mechanische invloeden.
eigenschappen
Nodulair materiaal heeft zijn eigen eigenschappen die direct verband houden met hun moleculaire rangschikking. In deze zin kunnen een stijve metalen staaf en een natte kleistaaf ductiel zijn, hoewel hun eigenschappen enorm verschillen.
Ze hebben echter allemaal iets gemeen: een plastisch gedrag voordat ze uit elkaar gaan. Wat is het verschil tussen een plastic en een elastisch object?
Het elastische object is reversibel vervormd, wat zich aanvankelijk voordoet met ductiele materialen; maar de trekkracht neemt toe, de vervorming wordt onomkeerbaar en het object wordt plastisch.
Vanaf dit punt neemt de draad of draad een bepaalde vorm aan. Na een continue rek wordt de doorsnede zo klein en de trekspanning te hoog dat de moleculaire objectglaasjes niet langer de spanning kunnen weerstaan en uiteindelijk breken.
Als de ductiliteit van het materiaal extreem hoog is, zoals in het geval van goud, kan één gram worden verkregen met draden tot 66 km lengte, met een dikte van 1 μm.
Hoe uitgerekt de draad uit een massa is, hoe kleiner de doorsnede (tenzij je tonnen goud hebt om een draad met een aanzienlijke dikte te maken).
Voorbeelden van ductiele metalen
Metalen behoren tot de ductiele materialen met ontelbare toepassingen. De triade bestaat uit metalen: goud, koper en platina. De ene is goudkleurig, de andere roze oranje en het laatste zilver. Naast deze metalen zijn er andere met lagere taaiheid:
-ijzer
-zink
-Messing (en andere metaallegeringen)
-goud
-aluminium
-samarium
-magnesium
-vanadium
-Staal (hoewel de taaiheid kan worden beïnvloed afhankelijk van de koolstofsamenstelling en andere additieven)
-Het zilver
-tin
-Lood (maar binnen bepaalde kleine temperatuurbereiken)
Het is moeilijk om zonder eerdere experimentele kennis te verzekeren welke metalen echt taai zijn. De taaiheid ervan hangt af van de mate van zuiverheid en hoe de additieven in wisselwerking staan met het metaalglas.
Andere variabelen, zoals de grootte van de kristallijne korrels en de rangschikking van het kristal, worden ook beschouwd. Daarnaast speelt ook het aantal elektronen en moleculaire orbitalen die betrokken zijn bij de metaalbinding, dat wil zeggen in de "zee van elektronen" een belangrijke rol..
De interacties tussen al deze microscopische en elektronische variabelen maken ductiliteit tot een concept dat diepgaand moet worden aangepakt met een multivariate analyse; en je zult de afwezigheid van een standaardregel voor alle metalen vinden.
Het is om deze reden dat twee metalen, hoewel met zeer vergelijkbare kenmerken, al dan niet ductiel zijn.
Grootte van korrels en kristallijne structuren van metalen
De korrels zijn kristallen delen die geen merkbare onregelmatigheden (hiaten) in hun driedimensionale reeksen vertonen. Idealiter zouden ze volledig symmetrisch moeten zijn, met hun structuur zeer goed gedefinieerd.
Elke korrel voor hetzelfde metaal heeft dezelfde kristallijne structuur; dat wil zeggen, een metaal met een compacte hexagonale structuur, hcp, heeft korrels met kristallen met een hcp-systeem. Deze zijn zo gerangschikt dat ze vóór de kracht van tractie of uitrekken over elkaar glijden, alsof ze uit marmer bestaan..
In het algemeen moeten, wanneer de vlakken bestaande uit kleine korrels glijden, zij een grotere wrijvingskracht overwinnen; terwijl ze groot zijn, kunnen ze vrijer bewegen. In feite proberen sommige onderzoekers de ductiliteit van bepaalde legeringen te wijzigen door de gecontroleerde groei van hun kristallijne korrels..
Aan de andere kant, met betrekking tot de kristallijne structuur, meestal de metalen met een kristallijn systeem fcc (geconfronteerd gecentreerd kubieke, of kubieke gecentreerd op de gezichten) zijn het meest nodulair. Ondertussen, metalen met bcc kristallijne structuren (kubiek gecentreerd lichaam, cubic gecentreerd op de gezichten) of hcp, hebben de neiging minder taai te zijn.
Zowel koper als ijzer kristalliseren bijvoorbeeld met een fcc-opstelling en zijn ductieler dan zink en kobalt, beide met hcp-arrangementen.
Effect van temperatuur op de vervormbaarheid van metalen
De hitte kan de taaiheid van de materialen verminderen of vergroten, en de uitzonderingen gelden ook voor metalen. Als algemene regel geldt dat, hoewel de metalen zachter worden gemaakt, des te groter de mogelijkheid is om ze in draden te veranderen zonder ze te verbreken.
Dit komt omdat de toename van de temperatuur ervoor zorgt dat de metaalatomen trillen, wat resulteert in de eenwording van de korrels; dat wil zeggen, verschillende kleine korrels worden samengevoegd om een grote korrel te vormen.
Bij grotere korrels neemt de vervormbaarheid toe en krijgen moleculaire dia's minder fysieke belemmeringen.
Experiment om de ductiliteit voor kinderen en adolescenten te verklaren
De taaiheid wordt een uiterst complex concept als men microscopisch begint te analyseren. Dus, hoe verklaar je het aan kinderen en adolescenten? Op zo'n manier dat het zo simpel mogelijk lijkt voor je nieuwsgierige ogen.
Kauwgom en plasticine
Tot nu toe hebben we het gehad over metalen en gesmolten glas, maar er zijn nog andere ongelooflijk taaie materialen: kauwgom en plasticine.
Om de taaiheid van kauwgom aan te tonen, volstaat het om twee massa's te grijpen en ze te rekken; één aan de linkerkant en de andere aan de rechterkant. Het resultaat is dat van een kauwgomhangbrug, die niet in staat zal zijn terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm, tenzij hij kneedt met de handen.
Er komt echter een moment dat de brug uiteindelijk breekt (en de vloer wordt bevlekt met tandvlees).
In de bovenstaande afbeelding is te zien hoe een kind dat een container met gaten drukt, de plasticine doet uitkomen alsof het haar is. Droog speeldeeg is minder taai dan olieachtig; daarom kan een experiment eenvoudigweg bestaan uit het maken van twee regenwormen: de ene met de droge plasticine en de andere bevochtigd met olie.
Het kind zal opmerken dat de olieachtige worm gemakkelijker te vormen is en aan lengte wint ten koste van de dikte; Terwijl de worm opdroogt, zal deze waarschijnlijk verschillende keren breken.
Plasticine is ook een ideaal materiaal om het verschil te verklaren tussen kneedbaarheid (een boot, een poort) en ductiliteit (haar, regenwormen, slangen, salamanders, enz.).
Demonstratie met metalen
Hoewel adolescenten niets zullen manipuleren, kan het voor hen een aantrekkelijke en interessante ervaring zijn om getuige te kunnen zijn van de vorming van koperdraden op de eerste rij. Het aantonen van ductiliteit zou nog vollediger zijn als we doorgaan met andere metalen en zo hun taaiheid kunnen vergelijken.
Vervolgens moeten alle draden constant worden uitgerekt tot hun breekpunt. Hiermee zal de adolescent visueel verklaren hoe de taaiheid de weerstand van de draad om te breken beïnvloedt.
referenties
- Encyclopedia of Examples (2017). Kneedbare materialen. Teruggeplaatst van: ejemplos.co
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juni 2018). Nodulaire definitie en voorbeelden. Teruggeplaatst van: thoughtco.com
- Chemstorm. (2 maart 2018). Nodulaire definitiechemie. Teruggeplaatst van: chemstorm.com
- Bell T. (18 augustus 2018). Ductility Explained: Tensile Stress and Metals. Het saldo. Teruggeplaatst van: thebalance.com
- Dr. Marks R. (2016). Ductility in Metals Vakgroep Werktuigbouwkunde, Santa Clara University. [PDF]. Teruggeplaatst van: scu.edu
- Reid D. (2018). Ductility: definitie en voorbeelden. Study. Teruggeplaatst van: study.com
- Clark J. (oktober 2012). Metalen structuren. Teruggeplaatst van: chemguide.co.uk
- ChemiCool. (2018). Feiten over goud. Teruggeplaatst van: chemicool.com
- Materialen vandaag. (18 november 2015). Sterke metalen kunnen nog steeds taai zijn. Elsevier. Teruggeplaatst van: materialstoday.com