Пластичность: свойства, примеры, эксперименты
Содержание:
В пластичность Это технологическое свойство материалов, которое позволяет им деформироваться под действием напряжения растяжения; то есть разделение двух его концов без быстрого разрушения в какой-либо точке в середине удлиненного участка. По мере удлинения материала его поперечное сечение уменьшается, становясь тоньше.
Поэтому из пластичных материалов механическим способом превращаются в нитевидные формы (нити, тросы, иглы и т. Д.). В швейных машинах шпульки с намотанной нитью представляют собой самодельный образец пластичных материалов; в противном случае текстильные волокна никогда бы не приобрели своей характерной формы.
Какова цель пластичности материалов? Способность преодолевать большие расстояния или привлекательные конструкции, будь то инструменты, украшения, игрушки; или для транспортировки некоторой жидкости, такой как электрический ток.
Последнее приложение представляет собой ключевой пример пластичности материалов, особенно металлов. Тонкие медные провода (верхнее изображение) являются хорошими проводниками электричества и наряду с золотом и платиной используются во многих электронных устройствах для обеспечения их работы.
Некоторые волокна настолько тонкие (всего несколько микрометров), что поэтическая фраза «золотые волосы» приобретает все реальное значение. То же верно и для меди и серебра.
Пластичность не была бы возможным свойством, если бы не было молекулярной или атомной перегруппировки, противодействующей падающей растягивающей силе. А если бы его не было, человек никогда бы не узнал, что кабели, антенны, мосты исчезнут, и мир останется в темноте без электрического света (помимо бесчисленных других последствий).
Что такое пластичность?
В отличие от пластичности, пластичность требует более эффективной структурной перестройки.
Зачем? Потому что, когда поверхность, на которой находится натяжение, больше, твердое тело имеет больше средств для скольжения своих молекул или атомов, образуя листы или пластины; тогда как когда напряжение сосредоточено в все меньшем и меньшем поперечном сечении, молекулярное скольжение должно быть более эффективным, чтобы противодействовать этой силе.
Пластичные материалы также могут разрушаться после напряжения. Его можно увеличить, если повысить температуру, так как тепло способствует проскальзыванию молекул (хотя есть несколько исключений). Именно благодаря этим слайдам материал может проявлять пластичность и, следовательно, быть пластичным.
Однако пластичность материала зависит от других переменных, таких как влажность, тепло, примеси и способ приложения силы. Например, свежерасплавленное стекло пластично и принимает нитевидные формы; Но когда он остывает, он становится хрупким и может сломаться при любом механическом ударе.
Свойства
Пластичные материалы обладают собственными свойствами, напрямую связанными с их молекулярным расположением. В этом смысле жесткий металлический стержень и мокрый глиняный стержень могут быть пластичными, хотя их свойства сильно различаются.
Однако у всех них есть кое-что общее: пластичное поведение перед поломкой.В чем разница между пластиковым и эластичным предметом?
Упругий объект деформируется обратимо, что изначально происходит с пластичными материалами; но при увеличении растягивающего усилия деформация становится необратимой, и объект становится пластичным.
С этого момента проволока или резьба принимает определенную форму. После непрерывного растяжения его поперечное сечение становится настолько малым, а растягивающее напряжение слишком высоким, что его молекулярные скольжения больше не могут противодействовать напряжению, и в конечном итоге он ломается.
Если пластичность материала чрезвычайно высока, как в случае золота, с одним граммом можно получить провода длиной до 66 км и толщиной 1 мкм.
Чем более вытянутый провод получается из массы, тем меньше его поперечное сечение (если только тонны золота не доступны для изготовления проволоки значительной толщины).
Примеры пластичных металлов
Металлы относятся к пластичным материалам, которые находят бесчисленное множество применений. Триада состоит из металлов: золота, меди и платины. Один золотой, другой розовато-оранжевый и последний серебряный. Помимо этих металлов, есть и другие менее пластичные:
-Латунь (и другие металлические сплавы)
-Сталь (хотя ее пластичность может быть нарушена в зависимости от состава углерода и других добавок)
-Свинец (но в определенных небольших диапазонах температур)
Без предварительных экспериментальных знаний трудно установить, какие металлы действительно пластичны. Его пластичность зависит от степени чистоты и от того, как добавки взаимодействуют с металлическим стеклом.
Также учитываются другие переменные, такие как размер кристаллических зерен и расположение кристалла. Кроме того, важную роль играет количество электронов и молекулярных орбиталей, участвующих в металлической связи, то есть в «электронном море».
Взаимодействия между всеми этими микроскопическими и электронными переменными делают пластичность концепцией, которая требует тщательного изучения с помощью многомерного анализа; и будет обнаружено отсутствие стандартного правила для всех металлов.
По этой причине два металла, хотя и имеют очень похожие характеристики, могут быть пластичными, а могут и не быть.
Размер зерен и кристаллическая структура металлов
Зерна представляют собой части стекла, в которых отсутствуют заметные неровности (зазоры) в их трехмерном расположении. В идеале они должны быть полностью симметричными и иметь четко выраженную структуру.
Каждое зерно одного и того же металла имеет одинаковую кристаллическую структуру; то есть металл с компактной гексагональной структурой ГПУ имеет зерна с кристаллами с ГПУ-системой. Они расположены таким образом, что под действием силы тяги или растяжения скользят друг по другу, как если бы это были плоскости, сделанные из мрамора.
Обычно, когда плоскости, сделанные из мелких зерен, скользят, они должны преодолевать большую силу трения; в то время как, если они большие, они могут двигаться более свободно. Фактически, некоторые исследователи стремятся изменить пластичность определенных сплавов путем контролируемого роста их кристаллических зерен.
С другой стороны, что касается кристаллической структуры, обычно металлы с кристаллической системой ГЦК (граненый центрированный кубический, или гранецентрированный кубик) являются наиболее пластичными. Между тем металлы с кристаллической структурой ОЦК (объемно центрированный кубический, гранецентрированный куб) или ГПУ, обычно менее пластичны.
Например, и медь, и железо кристаллизуются с расположением ГЦК и более пластичны, чем цинк и кобальт, оба с расположением ГПУ.
Влияние температуры на пластичность металлов
Тепло может уменьшить или увеличить пластичность материалов, исключения также относятся к металлам. Однако, как правило, чем мягче металлы, тем легче их превратить в нити, не ломаясь.
Это связано с тем, что повышение температуры заставляет металлические атомы колебаться, что приводит к объединению зерен; то есть несколько мелких зерен объединяются в одно большое зерно.
С более крупными зернами увеличивается пластичность, и молекулярное скольжение сталкивается с меньшими физическими препятствиями.
Эксперимент по объяснению пластичности для детей и подростков
Пластичность становится чрезвычайно сложной концепцией, если вы начнете анализировать ее под микроскопом. Итак, как вы объясните это детям и подросткам? Таким образом, чтобы это выглядело максимально простым для их посторонних глаз.
Жевательная резинка и пластилин
До сих пор ходили разговоры о расплавленном стекле и металлах, но есть и другие невероятно пластичные материалы: резинка и пластилин.
Чтобы продемонстрировать пластичность жевательной резинки, достаточно схватить две массы и начать их растягивать; один расположен слева, а другой будет перенесен справа. В результате получится подвесной мост из жевательной резинки, который не сможет вернуться к своей первоначальной форме, если его не размять руками.
Однако наступит момент, когда мост в конце концов сломается (и на полу появится жвачка).
На изображении выше показано, как ребенок, нажимая на емкость с дырочками, заставляет пластилин выступать так, как будто это волосы. Сухая шпатлевка менее пластична, чем масляная; Таким образом, эксперимент может состоять просто в создании двух дождевых червей: одного из сухой глины, а другого, смоченного маслом.
Ребенок заметит, что маслянистого червяка легче слепить и увеличить его длину за счет его толщины; Пока червь высыхает, он, скорее всего, снова и снова сломается.
Пластилин также представляет собой идеальный материал для объяснения разницы между пластичностью (лодка, ворота) и пластичностью (волосы, черви, змеи, саламандры и т. Д.).
Демонстрация с металлами
Хотя подростки вообще ничем не будут манипулировать, возможность наблюдать образование медных проводов в первом ряду может быть для них привлекательным и интересным опытом. Демонстрация пластичности будет еще более полной, если продолжить работу с другими металлами и, таким образом, можно будет сравнить их пластичность.
Далее все провода необходимо подвергнуть постоянному растяжению до предела прочности. При этом подросток визуально удостоверит, как пластичность влияет на сопротивление проволоки разрыву.
Ссылки
10 лучших гериатрических резиденций в Мурсии
Механические свойства
Механические свойства характеризуют поведение материалов под действием нагрузки. В рамках данной статьи рассмотрим 5 основных механических свойств материалов: прочность, упругость, пластичность, хрупкость и твердость.
Что такое Прочность?
Прочностью называется способность разнообразных материалов без разрушения воспринимать напряжение под внешним воздействием различных сил. Прочность зависит не только от того, какой материал, но и имеет зависимость от типа состояния напряжения — например, это может быть сжатие, растяжение или изгиб. Также непосредственное влияние на прочность оказывают условия, при которых материал эксплуатируется — воздействия извне, температура окружающей среды.
Испытания на прочность
Существует понятие предела прочности, который является основной количественной характеристикой прочности и численно равен разрушающему напряжению для конкретного материала. Предел прочности для каждого материала определяется средним результатом серии испытаний, так как основные материалы, используемые в строительстве, характеризуются неоднородностью.
Если происходит статическая нагрузка для выявления прочности проводится испытание образцов определенного стандарта (как правило речь идет об образцах, имеющих сечение круглой формы, реже прямоугольной), диаграмма таким образом отражает зависимость относительного удлинения от величины действующего на образец напряжения.
Прочность материала различных конструкций обосновывается при сравнении тех напряжений, которые возникают в конструкции при внешнем воздействии, также с учетом таких показателей как пределы прочности и текучести.
О так называемой усталости материала (в частности, металла) говорят если при большом числе циклически повторяющихся внешних напряжений разрушение происходит даже при напряжениях меньших чем предел прочности. В этом случае рассчитывается циклическая прочность, т.е. обоснование прочности материала, проводящееся с учетом нагрузки, которая меняется с определенным циклом.
Упругость
Если материал самопроизвольно восстанавливает форму, после того как внешняя сила прекращает действовать, то такое механическое свойство называется упругостью материала. Если после снятия внешней нагрузки, деформация полностью исчезает, то следует говорить об обратимой упругой деформации.
От чего зависит упругость?
Упругость материала непосредственно связана с силами взаимодействия, происходящими между отдельными атомами. В твёрдых телах при температуре равной абсолютному нулю и при отсутствии какого-либо внешнего воздействия атомы занимают положения, называемые равновесными. Потенциальная энергия тела увеличивается при воздействии внешнего напряжения, и атомы смещаются из равновесного положения. Соответственно, когда прекращается внешнее напряжение, конфигурация неравновесных атомов деформированного материала постепенно становится неустойчивой и возвращается в равновесное состояние. Помимо силы притяжения и отталкивания, которые действуют на каждый атом материала со стороны остальных, существуют и угловые силы, они непосредственно связаны с валентными углами, наблюдающимися между прямыми, которые соединяют атомы между собой. Естественно, это характерно исключительно для макроскопических тел и молекул, содержащих много атомов. Угловые силы уравновешиваются при равновесных значениях валентных углов. Когда говорят о количественной характеристике упругости материала, то используется модуль упругости, зависящий от напряжения воздействующего на материал и определяется производной зависимости напряжения от деформации, что применимо для области упругой деформации.
Пластичность
Пластичностью называется механическое свойство материалов под влиянием внешней нагрузки изменять форму и размер, а после того как нагрузка перестает действовать — сохранять ее в измененном виде.
Пластичность является важным свойством, учитывающееся когда происходит выбор материала несущей конструкции, либо же определения технологии (методики) изготовления разнообразных изделий. Для конструкций важно сочетание высокой пластичности материала и большого показателя упругости. Эта комбинация свойств предотвращает внезапное разрушение материала. В целом пластичность в физике материалов противопоставляется как упругости, так и хрупкости — пластичный материал сохраняет форму, которую придают ему внешние воздействия.
Пластичность — важное механическое свойство
Изучение пластичности важно при прогнозировании долговечности и прочности какой-либо конструкции, так как пластичность зачастую предшествует разрушению и важно рассмотреть деформационные процессы, возникающие в материале. Измерение пластичности, являющейся важным свойством металлов, очень важно при обработке под давлением — ковке и прокатке. Это свойство металлов непосредственно зависит от тех условий, в которых происходит деформирование — температуры, давления и т.д. Пластичность металлов влияет на такие характеристики как удлинение (абсолютное и относительное) и сужение материала. При удлинении происходит увеличение длины образца под воздействием происходящего растяжения, а при сужении, соответственно, от растяжения образца происходит уменьшение площади поперечного сечения.
Хрупкость
Хрупкость относится к механическим свойствам материалов противоположным пластичности. Те процессы, которые повышают пластичность, соответственно, снижают хрупкость, и наоборот. Материалы, отличающиеся хрупкостью при статическом испытании разрушаются без пластической деформации. Это характерно, например, для стекла. Если при статическом испытании материал характеризуется пластичностью, но при динамическом испытании разрушается, то речь идет о так называемой ударной хрупкости. Причиной ударной хрупкости могут быть пределы текучести (то есть зависимость скорости деформации и сопротивления) и пределы прочности (изменение сопротивления разрушению). Хрупкое разрушение материала происходит если сопротивление деформации равно или больше сопротивления отрыву. Соответственно, пластичность материала уменьшается, если рост сопротивления деформации происходит быстрее роста сопротивления разрушению.
Фактором, от которого непосредственно зависит хрупкое состояние материала является однородность напряженного состояния. Материал переходит от пластичности к хрупкости при неоднородном напряженном состоянии. Расчет сопротивления хрупкому разрушению является важным обоснованием прочности конструкции.
Твёрдость
Механическое свойство материала при внешнем воздействии не испытывать пластической деформации называется твёрдостью. В первую очередь оно зависит от механических характеристик материала, в частности структуры, модуля упругости, предела прочности и т.д. Количественную связь твердости от данных характеристик устанавливает общая физическая теория упругости.
Методы, с помощью которых экспериментально устанавливают твердость бывают как статическими (например, в поверхность вдавливается твердый предмет или же она царапается), так и динамическими. К статическим методам также относятся измерения твёрдости по Бринеллю (вдавление шарика в поверхность), Виккерсу (вдавление алмазного наконечника) и Роквеллу (для материалов с высокой твердостью используется алмазный конус, с низкой — шарик из стали). Также к статическим методам относится склерометрия — царапание алмазной структурой в виде конуса, пирамиды, или же карандашом различной твердости — оценивается нагрузка, которую необходимо приложить, чтобы создать царапину, а также размеры созданной царапины.
При динамических методах установления твердости материала благодаря ударной нагрузке наносится отпечаток шариком (по принципу маятника) и величина твердости характеризуется тем, как материал сопротивляется деформации от удара или же параметрами отскока шарика от поверхности, в том числе затуханию маятниковых колебаний.
Пластичность
Полезное
Смотреть что такое «Пластичность» в других словарях:
ПЛАСТИЧНОСТЬ — Изящность форм; образность. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ПЛАСТИЧНОСТЬ Изящность форм; образовательность. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их … Словарь иностранных слов русского языка
Пластичность — – свойство огнеупорной формовочной массы изменять форму под действием внешней механической нагрузки без нарушения сплошности и сохранять ее после прекращения действия нагрузки. [ГОСТ Р 52918 2008] Пластичность – свойство твердых тел… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ПЛАСТИЧНОСТЬ — ПЛАСТИЧНОСТЬ, пластичности, мн. нет, жен. отвлеч. сущ. к пластичный. Пластичность движений. Пластичность художественного изображения. Пластичность раскаленного добела железа. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
пластичность — легкость, плавность, изящество, пластика, изящность, термопластичность, податливость, гармоничность, грация, грациозность, мягкость, гибкость, тонкость, соразмерность Словарь русских синонимов. пластичность 1. см. изящество. 2. см … Словарь синонимов
ПЛАСТИЧНОСТЬ — (от греческого plastikos годный для лепки, податливый), свойство твердого тела сохранять так называемую остаточную деформацию частично (упругопластическое состояние) или полностью (пластическое состояние) после снятия внешнего механического… … Современная энциклопедия
ПЛАСТИЧНОСТЬ — (от греч. plastikos годный для лепки, податливый), свойство материалов тв. тел сохранять часть деформации при снятии нагрузок, к рые её вызвали. Пластич. деформации испытывают детали конструкций и сооружений, заготовки при обработке давлением… … Физическая энциклопедия
Пластичность — (от греческого plastikos годный для лепки, податливый), свойство твердого тела сохранять так называемую остаточную деформацию частично (упругопластическое состояние) или полностью (пластическое состояние) после снятия внешнего механического… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ПЛАСТИЧНОСТЬ — (от греч. plastikos годный для лепки податливый), свойство твердых тел необратимо деформироваться под действием механических нагрузок. Пластичность определяет возможность обработки материалов давлением (ковки, прокатки и др.) … Большой Энциклопедический словарь
Пластичность — (от греч. plastikуs годный для лепки, податливый, пластичный), качество, присущее скульптуре, художественная выразительность объёмной формы, гармоничное соотношение выразительности моделировки с весомостью, внутренней наполненностью,… … Художественная энциклопедия
пластичность — пластичность. См. генетическая пластичность. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
ПЛАСТИЧНОСТЬ — ПЛАСТИЧНОСТЬ, способность металлов и некоторых других материалов растягиваться без уменьшения прочности. Говорят, что медь обладает тягучестью, поскольку она легко вытягивается в проволоку, а золото и серебро являются еще более тягучими.… … Научно-технический энциклопедический словарь
Пластичность, аналогичное механическое свойство, характеризуется способностью материала пластически деформироваться без разрушения при сжимающий стресс. [6] [7] Исторически материалы считались пластичными, если их можно было формовать молотком или прокаткой. [1] Свинец является примером материала, который относительно податлив, но не пластичен. [5] [8]
Содержание
Материаловедение
Пластичность особенно важна в металлообработка, поскольку материалы, которые трескаются, ломаются или раскалываются под воздействием напряжения, нельзя обрабатывать обработки металлов давлением такие процессы как стучать, прокатка, Рисование или же выдавливание. Податливые материалы можно формовать в холодном состоянии, используя штамповка или же давящий, тогда как хрупкие материалы могут быть В ролях или же термоформованный.
Высокая пластичность возникает благодаря металлические облигации, которые содержатся преимущественно в металлах; это приводит к распространенному мнению, что металлы в целом пластичны. В металлических связях валентной оболочки электроны делокализованы и разделяются между многими атомами. В делокализованные электроны позволяют атомам металлов скользить друг мимо друга, не подвергаясь воздействию сильных сил отталкивания, которые могут привести к разрушению других материалов.
Количественная оценка пластичности
Процент уменьшения площади можно записать как: [14] [15] [16]
Согласно машиностроительному проекту Шигли [17] существенный означает удлинение примерно 5,0%.
Температура перехода между вязким и хрупким состояниями
В некоторых материалах переход более резкий, чем в других, и обычно требуется механизм деформации, чувствительный к температуре. Например, в материалах с объемно-центрированный кубический (ОЦК) решетки DBTT легко увидеть, поскольку движение винта вывихи очень чувствительна к температуре, потому что перестройка ядра дислокации перед проскальзыванием требует термической активации. Это может быть проблематично для сталей с высоким феррит содержание. Это, как известно, привело к серьезным растрескивание корпуса кораблей Liberty в более холодной воде во время Вторая Мировая Война, что привело к множеству погружений. На DBTT также могут влиять внешние факторы, такие как: нейтронное излучение, что приводит к увеличению внутреннего дефекты решетки и соответствующее снижение пластичности и увеличение DBTT.
Для экспериментов, проводимых при более высоких температурах, вывих Мероприятия [ требуется разъяснение ] увеличивается. При определенной температуре дислокации экранируют [ требуется разъяснение ] вершина трещины до такой степени, что приложенная скорость деформации недостаточна для того, чтобы интенсивность напряжения в вершине трещины достигла критического значения для разрушения (KIC). Температура, при которой это происходит, является температурой вязко-хрупкого перехода. Если эксперименты проводятся при более высокой скорости деформации, требуется большее экранирование дислокаций для предотвращения хрупкости. перелом, и температура перехода повышается. [ нужна цитата ]
