Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чтобы узнать о пластичности в науках о Земле, см. Пластичность (Науки о Земле) .
«Податливость» перенаправляется сюда. Для свойства в криптографии см. Гибкость (криптография) .
Испытание на растяжение сплава AlMgSi . Для пластичных металлов характерны локальные перегибы и поверхности излома чашечек и конусов.
Это испытание на растяжение чугуна с шаровидным графитом демонстрирует низкую пластичность.

Пластичность является механическим свойством обычно называют аменабельностью материала для рисования (например , в проволоку). [1] В материаловедении пластичность определяется степенью, в которой материал может выдерживать пластическую деформацию при растягивающем напряжении до разрушения. [2] [3] Пластичность является важным фактором в проектировании и производстве, определяя пригодность материала для определенных производственных операций (таких как холодная обработка ) и его способность поглощать механическую перегрузку. [4] Материалы, которые обычно называют пластичными, включают золото и медь . [5]

Ковкость , аналогичное механическое свойство, характеризуется способностью материала пластически деформироваться без разрушения под действием сжимающего напряжения. [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]

Материаловедение [ править ]

Золото чрезвычайно пластично. Его можно втянуть в одноатомную проволоку, а затем растянуть еще больше, прежде чем она порвется. [9]

Пластичность особенно важна в металлообработке , так как материалы, которые трескаются, ломаются или раскалываются под воздействием напряжения, нельзя обрабатывать с помощью процессов обработки металлов давлением, таких как ковка , прокатка , волочение или экструзия . Ковкие материалы можно формовать в холодном состоянии с помощью штамповки или прессования , тогда как хрупкие материалы можно отливать или термоформовать .

Высокая пластичность достигается благодаря металлическим связям , которые встречаются преимущественно в металлах; это приводит к распространенному мнению, что металлы в целом пластичны. В металлических связях электроны валентной оболочки делокализованы и распределяются между многими атомами. В делокализованных электронов позволяют атомов металла скользить мимо друг друга , не подвергаясь воздействию сильных сил отталкивания , которые могут вызвать другие материалы , чтобы разрушить.

Пластичность стали варьируется в зависимости от легирующих компонентов. Повышение уровня углерода снижает пластичность. Многие пластмассы и аморфные твердые тела , такие как пластилин пластилин , также являются пластичными. Самый пластичный металл - платина, а самый ковкий - золото . [10] [11] При сильном растяжении такие металлы деформируются за счет образования, переориентации и миграции дислокаций и двойников кристаллов без заметного упрочнения. [12]

Количественная оценка пластичности [ править ]

Величины, обычно используемые для определения пластичности при испытании на растяжение, представляют собой относительное удлинение (иногда обозначаемое как ) и уменьшение площади (иногда обозначаемое как ) при разрыве. [13] Деформация разрушения - это инженерная деформация, при которой испытуемый образец разрушается во время испытания на одноосное растяжение . Процентное удлинение или инженерная деформация при разрыве можно записать как [14] [15] [16]

Процент уменьшения площади можно записать как [14] [15] [16]

где исследуемой областью является площадь поперечного сечения калибра образца.

Согласно Shigley's Mechanical Engineering Design [17] значительный означает удлинение примерно на 5,0%.

Температура перехода между вязким и хрупким состояниями[ редактировать ]

Схематический вид круглых металлических прутков после испытаний на растяжение.
(а) Хрупкое разрушение
(б) Вязкое разрушение
(в) Полностью вязкое разрушение

Температура перехода между пластичностью и хрупкостью (DBTT), температура нулевой пластичности (NDT) или температура перехода металла с нулевой пластичностью - это температура, при которой энергия разрушения становится ниже заданного значения (для сталей обычно 40 Дж [18] для стандартного Испытание на удар по Шарпи ). DBTT важен, поскольку, когда материал охлаждается ниже DBTT, он имеет гораздо большую тенденцию к разрушению при ударе, а не к изгибу или деформации ( низкотемпературное охрупчивание ). Например, замак 3 демонстрирует хорошую пластичность при комнатной температуре, но разрушается при ударе при отрицательных температурах. DBTT - очень важный фактор при выборе материалов, которые подвергаются механическим нагрузкам. Похожее явлениетемпература стеклования , происходит со стеклами и полимерами, хотя механизм другой в этих аморфных материалах .

В некоторых материалах переход более резкий, чем в других, и обычно требуется механизм деформации, чувствительный к температуре. Например, в материалах с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решеткой DBTT легко проявляется, поскольку движение винтовых дислокаций очень чувствительно к температуре, потому что перестройка ядра дислокации перед проскальзыванием требует термической активации. Это может быть проблематичным для сталей с высоким содержанием феррита . Это, как известно, привело к серьезным трещинам в корпусах судов Liberty в более холодных водах во время Второй мировой войны , что привело к многочисленным затоплениям. На DBTT также могут влиять внешние факторы, такие как нейтронное излучение , что приводит к увеличению внутреннегодефекты решетки и соответствующее снижение пластичности и увеличение DBTT.

Самый точный метод измерения DBTT материала - испытание на излом . Обычно испытание на четырехточечный изгиб при различных температурах проводят на прутках из полированного материала с предварительными трещинами.

Для экспериментов, проводимых при более высоких температурах, активность дислокаций [ требуется уточнение ] увеличивается. При определенной температуре дислокации экранируют [ необходимо разъяснение ] вершину трещины до такой степени, что приложенная скорость деформации недостаточна для того, чтобы интенсивность напряжения в вершине трещины достигла критического значения для разрушения (K iC ). Температура, при которой это происходит, является температурой вязко-хрупкого перехода. Если эксперименты проводятся при более высокой скорости деформации, требуется больше экранирования дислокаций, чтобы предотвратить хрупкое разрушение , и температура перехода повышается. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Деформация
  • Деформационное упрочнение , улучшающее пластичность при одноосном растяжении за счет отсрочки наступления нестабильности.
  • Сопротивление материалов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Бранде, Уильям Томас (1853). Словарь науки, литературы и искусства: содержит историю, описание и научные принципы каждой отрасли человеческого знания: с выводом и определением всех терминов общего пользования . Харпер и братья. п. 369.
  2. ^ Kalpakjian, Serope, 1928- (1984). Процессы производства инженерных материалов . Ридинг, Массачусетс: Эддисон-Уэсли. п. 30. ISBN 0-201-11690-1. OCLC  9783323 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ «Пластичность - что такое пластичный материал» . Атомная энергетика . Проверено 14 ноября 2020 .
  4. ^ Будинас, Ричард Г. (2015). Машиностроительный дизайн Шигли - 10-е изд . Макгроу Хилл. п. 233. ISBN. 978-0-07-339820-4..
  5. ^ a b Чендлер Робертс-Остин, Уильям (1894). Введение в изучение металлургии . Лондон: К. Гриффин. п. 16.
  6. ^ «Пластичность - Податливые материалы» . Атомная энергетика . Архивировано 25 сентября 2020 года . Проверено 14 ноября 2020 .
  7. ^ DOE FUNDAMENTALS СПРАВОЧНИК ПО МАТЕРИАЛАМ . Том 1, Модуль 2 - Свойства металлов. Министерство энергетики США. Январь 1993. с. 25.
  8. ^ Рич, Джек С. (1988). Материалы и методы скульптуры . Courier Dover Publications. п. 129 . ISBN 978-0-486-25742-6..
  9. Перейти ↑ Masuda, Hideki (2016). «Комбинированная просвечивающая электронная микроскопия - наблюдение на месте процесса формирования и измерение физических свойств металлических проводов с одиночными атомными размерами». В Янечеке, Милош; Крал, Роберт (ред.). Современная электронная микроскопия в физике и науках о жизни . InTech. DOI : 10,5772 / 62288 . ISBN 978-953-51-2252-4.
  10. ^ Ваккаро, Джон (2002) Справочник по материалам, Справочники Мак-Гроу-Хилла, 15-е изд.
  11. ^ Шварц, М. (2002) CRC энциклопедия материалов, деталей и отделки , 2-е изд.
  12. ^ Ла, Че; Акмал, Нурул; Тригуэрос, Соня (2019). «Синтез и моделирование механических свойств нанопроволок Ag, Au и Cu» . Sci. Technol. Adv. Матер . 20 (1): 225–261. Bibcode : 2019STAdM..20..225L . DOI : 10.1080 / 14686996.2019.1585145 . PMC 6442207 . PMID 30956731 .  
  13. ^ Дитер, Г. (1986) Механическая металлургия , McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-016893-0 
  14. ^ а б «Обзор пластичности - Механика прочности материалов - Инженерный край» . www.engineersedge.com . Проверено 14 июля 2020 .
  15. ^ a b Аскеланд, Дональд Р. (2016). «6-4 свойств, полученных в результате испытания на растяжение». Материаловедение и инженерия материалов . Райт, Венделин Дж. (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс. п. 195. ISBN 978-1-305-07676-1. OCLC  903959750 .
  16. ^ a b Каллистер, Уильям Д. младший (2010). «6.6 Свойства при растяжении». Материаловедение и инженерия: введение . Ретвиш, Дэвид Г. (8-е изд.). Хобокен, штат Нью-Джерси. п. 166. ISBN. 978-0-470-41997-7. OCLC  401168960 .
  17. ^ Будинас, Ричард Г. (2015). Машиностроительный дизайн Шигли - 10-е изд . Макгроу Хилл. п. 233. ISBN. 978-0-07-339820-4..
  18. ^ Джон, Вернон (1992). Введение в технические материалы , 3-е изд. Нью-Йорк: Промышленная пресса. ISBN 0-8311-3043-1 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Определение пластичности на сайте engineeringsedge.com
  • Пакет обучения и обучения DoITPoMS - «Переход от пластичного к хрупкому»