Какие металлы самые пластичные?

Пластичность — это свойство материала, которое описывает деформацию под действием растягивающего напряжения за счет неупругого растяжения после достижения предела текучести и до разрушения.

Пластичность измеряется либо процентным удлинением, либо процентным уменьшением площади поперечного сечения, которое происходит до того, как произойдет разрушение, под действием растягивающего напряжения.

Материалы с высокой пластичностью, такие как медь, золото и алюминий, могут подвергаться значительной пластической деформации до того, как произойдет разрушение.

Пластичность является ключевым свойством при обработке металлов, и в сочетании с ковкостью она является основой для большей части формообразования металлов, что позволяет изготавливать сложные детали.

В этой статье мы обсудим шесть самых пластичных металлов, как измеряется пластичность, что на нее влияет и где используются пластичные металлы.

Золото

Золото высокой чистоты долгое время считалось самым пластичным металлом. Это свойство позволяет растягивать его в чрезвычайно тонкую проволоку или удлинять в тонкие листы/фольгу без хрупкого разрушения.

Высокая пластичность золота объясняется его гранецентрированной кубической кристаллической структурой.

Это облегчает дислокации и восстановление связей, поскольку атомы в металле скользят друг относительно друга, разрывая и восстанавливая (электростатические или слабые атомные) связи между ними.

В целом пластичность золота является ценным свойством, благодаря которому этот металл можно использовать в самых разных областях, от электропроводки до медицинских имплантатов.

Платина

Платина, очевидно, самый пластичный металл. Из одного грамма платины можно вытянуть проволоку длиной в несколько километров.

Это свойство делает платину очень полезной в различных областях, включая электрические контакты, ювелирные изделия и каталитические преобразователи в автомобилях.

Высокая пластичность платины также обусловлена ее гранецентрированной кубической структурой атомной решетки, которая обеспечивает такое же поведение, как золото.

Медь

Медь — еще один металл с гранецентрированной кубической атомной структурой, обладающий высокой пластичностью.

Поскольку она также обладает высокой проводимостью, её много и её очень легко очищать, она идеально подходит для производства электрических проводов. Для получения дополнительной информации см. наше руководство по меди.

Никель

Никель — очень пластичный материал, из которого можно вытягивать проволоку и листы без разрушения. Это напрямую связано с гранецентрированной кубической атомной структурой, которая позволяет легко разрывать и восстанавливать связи.

Никель используется в высокотемпературных приложениях из-за сохранения прочности при повышенных температурах.

Ниобий

Ниобий — мягкий металл серого цвета, обладающий высокой пластичностью и необычный в списке пластичности тем, что он имеет объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру.

Это не важный конструкционный материал сам по себе, а легирующий агент. Он улучшает прочность стали и нержавеющей стали, придавая некоторую пластичность результирующим свойствам.

Тантал

Тантал — очень пластичный материал, хорошо подходящий для изготовления сложных деталей и профилей.

Его коррозионная стойкость делает его привлекательным вариантом в агрессивных средах, а его обрабатываемость привлекательна при формовании сложных форм.

Он широко используется в реакторах, при работе с агрессивными химическими веществами и в теплообменниках.

Что такое пластичный металл?

Если металл пластичен, он может подвергнуться значительной деформации, прежде чем произойдет разрушение.

Технически правильное определение пластичности материала — это процентное удлинение или процентное уменьшение площади поперечного сечения, которое материал может выдержать при чистом растяжении.

Что делает металл пластичным?

Металлы с простой гранецентрированной кубической кристаллической структурой и склонностью к образованию больших областей кристаллизации обычно более пластичны.

Сложенные слои атомов могут скользить друг по другу вдоль плоскостей скольжения, которые соединяются слабыми атомными (электростатическими) силами, где связи восстанавливаются по мере достижения нового положения в решетке.

Там, где области роста кристаллов меньше, в структуре решетки меньше порядка, поэтому атомы скользят и хуже восстанавливают связи.

Все материалы (хрупкие и пластичные) испытывают упругую фазу, хотя потенциально очень короткую. В конце упругой фазы дополнительная нагрузка вызывает внутриатомное движение или текучесть , когда плоскости скольжения движутся друг против друга.

Пластичные металлы имеют ограниченную упругую фазу и длительную фазу текучести перед разрушением.

Характеристики пластичных металлов

Характеристики пластичного металла перечислены ниже:

Металлы с высокой пластичностью можно вытягивать для достижения поразительного увеличения длины.
Железо в форме литого и распределенного углерода будет хрупко разрушаться, когда будет достигнут предел упругости. Однако ковкий (или шаровидный) чугун обладает высокой пластичностью.
Некоторая пластичность является результатом плоскостей скольжения на атомном уровне, характерных для металлов.
Большинство пластичных материалов имеют короткую и слабую упругую фазу, за которой следует более длинная текучая или пластичная фаза.
Все пластичные материалы в конечном итоге будут демонстрировать хрупкое разрушение при разрушении.

Где используются пластичные металлы?

Ковкие металлы используются в различных отраслях обрабатывающей промышленности, в которых требуется относительно простое изготовление тонких и сложных форм.

Однако там, где пластичность упрощает производство, она также увеличивает прочность. Материалы, которые могут уступить, уступят.

Следовательно, когда к компонентам применяются перегрузки, они имеют гораздо более высокую функциональную выживаемость, если они остаются в некоторой степени пластичными.

Как правило, хрупкие материалы используются там, где они будут испытывать небольшое напряжение растяжения или удара.

Всякий раз, когда модели нагрузки сложны и включают растягивающие нагрузки, вибрационные/усталостные нагрузки и удары, пластичные материалы дают лучшие результаты.

Применения пластичных металлов

Ниже перечислены некоторые области применения пластичных металлов:

Сталь обычно обрабатывается в смеси пластичных и ковких режимов. Отжиг и горячая обработка часто используются для повышения пластичности при прокатке, гибке и ковке.
Алюминий обрабатывается аналогичным образом, хотя его пластичность легче поддерживать, поскольку он требует более низких температур. Большая часть прокатки и формовки алюминия выполняется в холодном состоянии, а возникающее в результате деформационное упрочнение укрепляет/упрочняет детали.
Все волочение проволоки использует чистую пластичность. Некоторые выполняются в холодном состоянии (платина, золото), некоторые требуют отжига для достижения высокого удлинения (никель, нержавеющие стали), а некоторые выполняются в горячем состоянии (стали, нержавеющие стали).
Припои — это очень пластичные материалы, которые создают устойчивые к нагрузкам соединения между более твердыми деталями.
Большая часть ювелирных работ выполняется в холодном состоянии и во многом зависит от пластичности используемых металлов.

Какой металл обладает наибольшей пластичностью?

Золото долгое время считалось самым пластичным материалом, его длина обычно составляет около 3000 м на грамм.

Тем не менее, платина, вытянутая с использованием процесса Волластона (заключенная в серебро в качестве экрана/распределителя напряжения), была вытянута во много раз больше на эту длину на грамм.

Какова прочность на растяжение ковких металлов?

Между прочностью на растяжение и пластичностью нет прямой интерпретируемой связи. Прочность на растяжение часто рассматривается как напряжение или нагрузка на образец при разрушении или разрушении конструкции, что технически является UTS (пределом прочности на растяжение).

С точки зрения функциональной части существует приемлемый предел постоянного смещения, который можно считать безотказным.

Напряжение, приложенное за пределами предела текучести, которое создает это ограниченное расширение, часто называют пределом прочности материала на растяжение.

Пробная прочность, возможно, чаще используется в качестве термина для безопасной полезной прочности на растяжение на пределе упругости или близком к нему, т. е. уровня напряжения, от которого деталь или образец могут полностью и упруго восстановиться.

Как измеряется пластичность металла?

Обычно используются две меры пластичности. Однако четкое сравнение этих двух измерений невозможно. В первом случае пластичность определяется как процентное уменьшение площади поперечного сечения в результате приложенного напряжения:

Пластичность = (площадь после расширения/площадь до расширения) x 100%

Пластичность также определяется как удлинение в процентах по длине в результате приложенного напряжения:

Пластичность = (конечная длина образца/исходная длина образца) x 100%

В обоих случаях стандартный образец постепенно нагружают в машине для испытаний на растяжение до тех пор, пока не будет наблюдаться предел текучести или начало деформации.

Это напряжение, при котором происходит наблюдаемое изменение скорости растяжения, связанной с нагрузкой.

Затем записывают измерение либо поперечного сечения, либо длины образца, а поведение в ответ на дополнительную нагрузку наносят на график как скорость растяжения на единицу приложенной нагрузки, как правило, до разрушения/разрушения.

Как можно улучшить пластичность металлов?

Пластичность большинства металлов можно улучшить путем отжига. Этот процесс требует, чтобы металл был равномерно нагрет до температуры, которая выше температуры стеклования, но значительно ниже температуры размягчения.

Этот нагрев вызывает растворение границ кристаллов, оставляя структуру аморфной (в горячем состоянии). Когда металл охлаждается, рост кристаллов возобновляется, и структура охлаждается до максимального общего размера кристалла, если охлаждение медленное.

Пластичное поведение начнет разрушать эти большие кристаллы до меньшего размера, обычно затвердевая материал. Это обычно называют наклепом, и это приводит к хрупкому поведению и прекращению пластичности.

Какие факторы влияют на пластичность металлов?

На пластичность металла в первую очередь влияют две характеристики:

Грубая кристаллическая структура способствует пластичности.
Модель роста гранецентрированных кубических кристаллов наиболее распространена в пластичных металлах.

Термическая обработка может увеличить/восстановить пластичность путем отжига и удалить/уменьшить ее путем горячей закалки, которая в некоторых случаях закрепляет в материале тонкую кристаллическую структуру.

Как температура влияет на пластичность металлов?

Для большинства металлов умеренные изменения температуры мало влияют на пластичность. Только по достижении температуры стеклования металла пластичность начнет увеличиваться, поскольку границы кристаллов растворяются, а плоскости скольжения могут двигаться более свободно.

Некоторые металлы, такие как свинец и сурьма, имеют температуру стеклования, равную или ниже комнатной температуры. Они развивают фиксированную кристаллическую структуру только при охлаждении. Это делает их более пластичными.

Как пластичные металлы используются в машиностроении?

Пластичность — это свойство, которое широко используется в инженерных материалах для облегчения обработки сложных форм.

Вся тянутая металлическая проволока является результатом использования пластичности, поскольку металл вытягивается для уменьшения поперечного сечения и увеличения длины.

Холодное волочение, особенно бесшовных труб из нержавеющей стали, является распространенным методом точного удлинения и деформационного упрочнения.

Это использование пластичного поведения до предела деформационного упрочнения. Менее очевидным образом способность металлов изгибаться и принимать формы, например, при ковке или прессовании листового металла, является использованием пластичности.

Является ли алюминий пластичным металлом?

Да, алюминий в чистом виде — очень пластичный металл, и из него можно вытягивать очень тонкую проволоку.

По мере увеличения количества легирующих добавок твердость имеет тенденцию к увеличению, а пластичность снижается, но большинство алюминиевых сплавов обладают довольно высокой пластичностью.

Является ли цинк пластичным металлом?

Да, цинк является очень пластичным материалом при нагревании до температуры 110–150 °C, из него можно вытягивать тонкую проволоку.

Ниже этого диапазона он кристаллический и гораздо менее пластичный; выше этого диапазона он начинает ослабевать и легче ломается.

Является ли медь высокопластичным металлом?

Да, медь очень пластична и фигурирует в любом списке самых пластичных металлов.
В этой статье представлены пластичные металлы, объяснено, что они из себя представляют, и обсуждены характеристики каждого из них.