Duktilumas ir plastiškumas: metalo tamprumo ir kalstumo apibrėžimas
Sužinokite duktilumo, plastiškumo ir kalstumo skirtumus, kaip metalai deformuojasi esant tempimui ar slėgiui — praktiniai pavyzdžiai ir temperatūros įtaka.
Duktilumas (kartais vadinamas tamprumu) – medžiagos gebėjimas plastinės deformacijos esant tempimo įtempiams. Labiausiai pastebimas praktikoje tuo, kad medžiagą galima ištempti į vielą be lūžių. Priešingu būdu, kalstumas (kartais vadinamas klastingumu arba kalstumu) apibūdina medžiagos gebėjimą plastinei deformacijai veikiant suspaudžiamiesiems (gniuždymo) įtempiams – pvz., kai metalą galima suploninti plaktuku, valcuoti ar kalti.
Plastiškumas kaip bendras terminas
Abi savybės yra plastiškumo (medžiagos gebėjimo deformuotis be lūžių) aspektai. Plastiškumas ypač svarbus metalams ir priklauso nuo temperatūros, slėgio, medžiagos struktūros ir apdorojimo sąlygų. Šiuos reiškinius nagrinėjo Percy Williamsas Bridgmanas, kurio Nobelio premiją pelnę darbai apie aukštą slėgį atskleidė, kaip slėgis keičia metalų plastiškumą ir mechanines savybes.
Duktilumo ir kalstumo skirtumai
Nors duktilumas ir kalstumas dažnai vartojami kartu, jie ne visada eina koja kojon. Pvz., auksas pasižymi dideliu duktilumu ir kalstumu (lengvai tempiamas į ploną vielą ir lengvai kalamas plonais lakštais), o švinas - paprastai turi mažesnį duktilumą, bet gerą kalstumą (lengvai kalamas, tačiau tempimo metu linkęs trūkti).
Pavyzdžiai
Tokie metalai kaip auksas, varis, aliuminis ir plienas dažnai pasižymi geru duktilumu ir/arba kalstumu, todėl plačiai naudojami pramonėje: laidams, lakštams, konstrukcijoms ir formavimo operacijoms.
Kaip matuojama ir vertinama
- Tempiamasis bandymas – pagrindinis duktilumo įvertinimo metodas; matuojama procentinė išsitempimo reikšmė ir sąnaudos sumažėjimas (reduction of area) prieš lūžį.
- Kalstumo ir formavimo bandymai – vertinami pagal tai, kiek medžiaga atlaiko kalimo ar valcavimo operacijas be įtrūkimų.
- Kietumo ir smūgio bandymai – papildomai padeda nustatyti, ar medžiaga linkusi trūkti trapiai ar deformuotis plastinėmis srovėmis.
Veiksniai, lemiantys plastiškumą
- Temperatūra: aukštesnė temperatūra paprastai didina plastiškumą; žema temperatūra gali sukelti trapumą.
- Struktūra ir grūdėtumas: smulkesnis grūdėtumas dažnai didina stiprumą, bet gali mažinti tam tikrus plastiškumo aspektus; termiškai apdorojant (atkaitinant) grūdai gali augti ir didėti duktilumas.
- Lydiniai ir priemaišos: legiruojantys elementai arba priemaišos keičia dislokacijų judrumą ir gali didinti arba mažinti duktilumą bei kalstumą.
- Deformacijos greitis: didelis tempimo greitis linkęs sumažinti ductility (medžiaga tampa trapesnė).
- Terapinis apdorojimas: šaltasis apdirbimas padidina stiprumą, bet sumažina plastiškumą; atkaitinimas atgaivina plastiškumą.
Praktinė reikšmė ir taikymai
- Medžiagos su dideliu duktilumu tinka gaminti laidus, strypus, elementus, kurie patiria traukos krūvius.
- Didelis kalstumas reikalingas gamybos procesams, tokiems kaip kalimas, štampavimas, valcavimas ir formavimas plokštėmis.
- Inžinerijoje dažnai reikia kompromiso tarp stiprumo ir plastiškumo: per daug trapus arba per daug minkštas ruošinys gali būti netinkamas konstrukcijoms.
Kaip pagerinti plastiškumą
- Atkaitinimas (annealing) – sumažina įtempius ir atstatydina duktilumą po šalto apdirbimo.
- Optimizuotas legiravimas ir šiluminis apdorojimas – leidžia derinti stiprumą ir plastiškumą pagal paskirtį.
- Kontroliuojamas grūdėtumas ir cheminė sudėtis – mažina trūkinėjimo riziką ir pagerina formavimo savybes.
Santrauka
Duktilumas ir kalstumas yra dvi skirtingos, bet susijusios metalo plastiškumo išraiškos: pirmasis susijęs su gebėjimu plėstis traukos metu, antrasis – su gebėjimu deformuotis suspaudžiant. Abu rodikliai priklauso nuo medžiagos cheminės sudėties, mikrostruktūros, temperatūros ir apdorojimo istorijos. Kiekvienam inžineriniam sprendimui svarbu parinkti medžiagą, kurios duktilumo ir kalstumo savybės atitinka technologinius reikalavimus ir eksploatacijos sąlygas.
Aliuminio lydinio tempimo bandymas. Vietinis įtrūkimas ir taurės bei kūgio lūžio paviršiai būdingi plastiškiesiems metalams.
Šis ketaus tempimo bandymas rodo mažą plastiškumą.
Susiję puslapiai
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra plastiškumas?
A: Kietosios medžiagos plastiškumas yra tada, kai veikiant tempimo įtempiams jos išsitempia.
K: Kas yra plastiškumas?
A: Klastingumas - tai medžiagos gebėjimas deformuotis veikiant slėgiui (gniuždymo įtempiams).
Klausimas: Ar galima plastišką medžiagą ištempti į vielą?
A: Taip, plastišką medžiagą galima ištempti į vielą.
Klausimas: Ar plastišką medžiagą galima suploninti plaktuku arba valcuojant?
A: Taip, kaliąją medžiagą galima suploninti plaktuku arba valcuojant.
K: Kas yra plastiškumas?
A: Plastiškumas yra tai, kiek kieta medžiaga gali būti deformuojama be lūžių.
K: Ar plastiškumas ir plastiškumas visada dera tarpusavyje?
A: Ne, plastiškumas ir plastiškumas ne visada dera tarpusavyje. Auksas pasižymi dideliu plastiškumu ir plastiškumu, tačiau švinas pasižymi mažu plastiškumu ir dideliu plastiškumu.
K: Kokie metalai pasižymi dideliu plastiškumu?
A: Auksas, varis, aliuminis ir plienas pasižymi dideliu plastiškumu.
Ieškoti