Пластичность и ковкость металлов — в чем разница?

Пластичность и ковкость металлов — что это такое и какая между ними разница?

Пластичность и ковкость — два важных параметра конструкционных материалов. В целом, большинство металлов одновременно ковкие и пластичные.

Пластичность – это способность материала пластически деформироваться без разрушения при приложении к нему растягивающего напряжения. 

Ковкость — аналогичное свойство, но оно выражает способность материала пластически деформироваться без разрушения под действием напряжения сжатия, а не растяжения. 

Что такое пластичность?

Пластичность — это свойство материала, показывающее, насколько легко он пластически деформируется (но не ломается) при растяжении (натяжении или растяжении).

Оно представляет собой способность подвергаться значительной пластической (остаточной) деформации.

Пластичный материал может быть легко вытянут в такие формы, как проволока, без разрушения. Для получения дополнительной информации см. наше руководство по пластичности.

Пластичность возможна из-за расположения атомов в структуре твердого тела. В частности, в металлах слои повторяющихся атомов имеют тенденцию лежать друг на друге.

Следовательно, когда металл растягивается и возникает растягивающее напряжение, атомы могут скользить друг по другу и деформироваться без нарушения общей структуры.

Для чего нужно знать параметры пластичности?

Пластичность является важным свойством при проектировании безопасных, упругих конструкций, которые деформируются перед разрушением, а также требованием для многих производственных процессов.

Пластичность важна, например, для создания форм промежуточных продуктов, таких как медная проволока.

Что такое пластичность материаллов

Изготовление проволоки требует протяжки меди (или других металлов, таких как алюминий) через матрицу, которая постепенно уменьшает диаметр и увеличивает длину проволоки до желаемого уровня.

Это создает высокое растягивающее напряжение в материале, но его пластичность позволяет ему деформироваться до диаметра изготавливаемой проволоки.

Какова цель измерения пластичности?

Целью измерения пластичности является понимание способности каждого материала деформироваться, а не разрушаться под действием растягивающего напряжения.

Как только эта пластичность измерена и понята, это позволяет выбирать материал для различных инженерных приложений.

Измерения пластичности также можно использовать в качестве средства контроля качества, особенно для металлических сплавов, которые могут быть выбраны из-за высокой пластичности.

Каждая партия может быть проверена, чтобы убедиться, что эта важная характеристика находится в пределах спецификации.

Наконец, измерение пластичности позволяет точно моделировать материалы в компьютерных проектах будущих конструкций, точно рассчитывать оптимальную конструкцию.

Как измеряется пластичность?

Пластичность измеряется испытанием на прочность на растяжение. Плоский или круглый образец с участком для захвата на каждом конце и меньшим участком посередине, напоминающим собачью кость или гантель, плотно удерживается верхней и нижней челюстями, одна из которых соединена с тензодатчиком.

Тензодатчик прикладывал растягивающее напряжение медленно и контролируемо. Затем можно построить кривую напряжения-деформации, когда испытуемый образец растягивается до точки разрушения.

Пластичность выводится из измерения удлинения — процентного изменения конечной длины измерительной секции по сравнению с ее первоначальной длиной.

Преимущества измерения пластичности материалов

Измерение пластичности материалов имеет следующие три преимущества:

  1. Тщательный выбор материала: пластичность является важным параметром в некоторых производственных приложениях. Для успешной реализации проекта может потребоваться выбор материала, который, как известно, обладает достаточной пластичностью.
  2. Точное техническое проектирование: если пластичность материала была точно измерена для предполагаемых условий эксплуатации приложения, это позволяет более точно моделировать конструкции методом конечных элементов. Лучшее моделирование конструкций и компонентов может сократить общее время проектирования и испытаний, а также привести к созданию деталей и систем с большей долговечностью при меньших затратах.
  3. Контроль качества материала: для материалов, для которых пластичность является важным свойством, измерение пластичности можно использовать в качестве параметра контроля качества, чтобы гарантировать, что любая данная партия материала соответствует спецификации.

Каковы примеры пластичных металлов?

Ниже приведен список трех самых пластичных металлов:

  1. Золото
  2. Серебро
  3. Платина

Эти три драгоценных металла очень пластичны и могут быть вытянуты в очень тонкую проволоку. Их можно использовать в прецизионных промышленных приложениях или в ювелирных изделиях.

Что такое ковкость?

Ковкость – это способность металла деформироваться без разрушения при сжатии. Например, ковкий металл можно обработать молотком и отбить.

Ковкость определяется тем, как атомы в металле движутся друг относительно друга, когда металл сжимается.

В зависимости от атомной структуры и зерен в металлической структуре атомы могут скользить относительно друг друга в новые положения и, таким образом, сжиматься без образования трещин.

Однако некоторые структуры металлических зерен не позволяют атомам легко перемещаться друг по другу. Следовательно, при возникновении сжимающего напряжения начинают появляться трещины.

Эти трещины могут быть на границах зерен, но механизм разрушения может быть более сложным — разрушение фактически происходит из-за сильно локализованных растягивающих напряжений, обычно возникающих из-за несплошностей поверхности.

параметры ковкости важни для металлообработки и прокатки или формовки металлов в формы и формы конечного продукта.

Многие металлы доступны в стержнях, стержнях, листах, трубах или прокатных профилях. Формы и формы, которые можно получить из данного металла, зависят от его пластичности.

Какова цель измерения ковкости?

Целью измерения ковкости является понимание того, насколько хорошо каждый материал может выдерживать деформацию при сжимающем напряжении без разрушения.

Кроме того, это играет роль в выборе оптимальных материалов для инженерных приложений. Измерение пластичности также обеспечивает некоторый контроль качества материалов, которые обычно используются для их прочности на сжатие и пластичности.

Как измеряется ковкость?

Ковкость обычно измеряют, исходя из твердости. Твердость измеряет сопротивление материала локальной пластической деформации. Бринелля и Роквелла являются двумя популярными методами измерения твердости.

Твердость по Бринеллю измеряют, вдавливая сферический шарик в поверхность материала с постоянной силой и измеряя диаметр образовавшейся вмятины.

Для измерения твердости по Роквеллу измеряется дифференциальная глубина проникновения.

Сначала прикладывается стандартная нагрузка с помощью стандартизированного инструмента для создания начального углубления, а затем прикладывается большая нагрузка для более глубокого проникновения. Увеличение глубины используется для расчета твердости по Роквеллу.

Податливость также можно определить по результатам испытаний на прочность на сжатие, когда цилиндр материала сжимают между двумя пластинами до тех пор, пока он не сломается или не согнется.

Кривая напряжение-деформация, полученная в результате этого испытания, дает информацию о прочности материала на сжатие.

Преимущества измерения ковкости материалов

Измерение пластичности материалов дает следующие три преимущества:

  1. Облегчает выбор оптимального материала: знание пластичности различных материалов позволяет выбрать наилучший материал для конкретных применений, требующих высокой пластичности, таких как ковка и штамповка.
  2. Предоставляет данные для точного инженерного проектирования: для моделирования конструкции или производственного процесса крайне важно иметь точные данные. Эти данные позволяют оптимизировать дизайн.
  3. Контроль качества материалов. Потребителям и конечным пользователям важно знать, что пластичность материала находится в пределах спецификации, особенно для материалов, для которых пластичность является ключевым свойством. Таким образом, показатель пластичности можно использовать в качестве параметра контроля качества.

Ниже приведены примеры мягких материалов:

  1. Золото: популярный материал, над которым работали веками.
  2. Алюминий: легко скатывается в тонкие листы, такие как обычная алюминиевая фольга.
  3. Медь: можно перерабатывать в листы для архитектурных и декоративных целей.

Ключевые различия пластичности и ковкости?

В таблице 1 ниже представлены некоторые ключевые различия между пластичностью и ковкостью:

Таблица 1: Основные характеристики, связанные с пластичностью и ковкостью
Характеристика Пластичность Ковкость
Тип деформации
Растяжимый
Сжимающий
Форма деформации
Пластик
Пластик
Приложения
Изготовление проводов
Выбивание листов
Методы измерения
Испытание на растяжение (кривая напряжения-деформации), удлинение
Испытание на прочность при сжатии, испытание на твердость
Материалы
Золото, серебро, платина
Золото, алюминий, медь
Процесс
Рисование/выдавливание
Прокатка, стук, биение, разбивание, штамповка
Температурная зависимость
Более высокая пластичность при более высоких температурах (более хрупкая при более низких температурах)
Более высокая пластичность при более высоких температурах (более хрупкая при более низких температурах)
Кристальная структура
Регулярная кристаллическая решетка с атомами, способными «скользить» друг мимо друга
Регулярная кристаллическая решетка с атомами, способными «скользить» друг мимо друга

Являются ли металлы пластичными или ковкими?

Большинство металлов пластичны и ковкие. Это связано с тем, что структура большинства металлов — повторяющиеся атомы, наслоенные друг на друга, — позволяет относительно легко перемещаться между ними.

Эти слои имеют тенденцию скользить или перекатываться друг по другу. Большинство металлов хорошо деформируются, независимо от того, растягиваются ли они (демонстрируя пластичность) или сжимаются (что является ковкостью).

Может ли металл быть пластичным, но не ковким?

Нет, как правило, если металл пластичен, он также податлив (при той же температуре).

Структуры большинства металлов обладают обоими качествами одновременно: если атомная структура допускает пластичность (деформацию при растягивающем напряжении), то она также допускает пластичность (деформацию при сжимающем напряжении).

Однако обратное не всегда верно. Ковкий металл не обязательно должен быть пластичным. Свинец является распространенным примером очень податливого металла с низкой пластичностью — он легко ломается, если его тянуть.

Является ли золото пластичным металлом?

Да, золото очень пластично. Это самый ковкий металл. Легко выбивается в тонкие листы. Золотая фольга (сусальное золото) была впервые использована еще 8000 лет назад в качестве декоративного покрытия или позолоты и с тех пор широко используется многими цивилизациями.

Является ли сталь пластичной?

Да, обычно сталь пластична, хотя это зависит от сплава и температуры.

Сталь представляет собой сплав железа, углерода и других элементов, и некоторые (низкоуглеродистые) стальные сплавы могут иметь более высокую пластичность, чтобы их можно было легко растягивать и втягивать в проволоку и трубы.

Однако некоторые стальные сплавы (особенно сплавы с высоким содержанием углерода) более хрупкие и не могут считаться пластичными.

Температура также влияет на пластичность материала, поэтому важно учитывать температуру при классификации материала как пластичного. Низкие температуры (обычно ниже нуля для металлов) вызывают переход от пластичности к хрупкости.

В этой статье представлены пластичность и ковкость, объяснено, что каждая из них представляет собой, и обсуждены их различные ключевые различия.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

десять + шестнадцать =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: