The kujnost Jedná se o technologickou vlastnost materiálů, která jim umožňuje deformovat se napínáním; tj. oddělení jeho dvou konců, aniž by došlo k rychlému zlomení v určitém bodě uprostřed podlouhlého úseku. Jak se materiál prodlužuje, jeho průřez se zmenšuje a tenčí.
Proto jsou tvárné materiály mechanicky zpracovány do tvarů podobných vláknům (vlákna, kabely, jehly atd.). U šicích strojů představují cívky s navinutými nitěmi domácí příklad z tvárných materiálů; jinak by textilní vlákna nikdy nemohla získat své charakteristické tvary.
Jaký je účel tažnosti v materiálech? Schopnost zvládnout dlouhé vzdálenosti nebo atraktivní vzory, ať už pro výrobu nástrojů, šperků, hraček; nebo pro transport nějaké tekutiny, jako je elektrický proud.
Poslední aplikace představuje klíčový příklad tvárnosti materiálů, zejména kovů. Jemné měděné dráty (horní obrázek) jsou dobrými vodiči elektřiny a společně se zlatem a platinou se používají v mnoha elektronických zařízeních k zajištění jejich provozu..
Některá vlákna jsou tak jemná (sotva několik mikrometrů silná), že poetická fráze „zlaté vlasy“ nabývá veškerého skutečného významu. Totéž platí pro měď a stříbro.
Tažnost by nebyla možnou vlastností, pokud by neexistovalo molekulární nebo atomové přeskupení, které by působilo proti dopadající tahové síle. A pokud by neexistoval, člověk by nikdy nepoznal kabely, antény, mosty a zmizel by svět ve tmě bez elektrického světla (kromě nesčetných dalších důsledků).
Rejstřík článků
Na rozdíl od tvárnosti si tažnost vyžaduje účinnější strukturální přeskupení.
Proč? Protože když je povrch, na kterém leží napětí, větší, pevná látka má více prostředků klouzání po svých molekulách nebo atomech a vytváření listů nebo desek; zatímco když je napětí koncentrováno v menším a menším průřezu, musí být molekulární klouzání účinnější, aby působilo proti uvedené síle.
Ne všechny pevné látky nebo materiály to dokážou, a proto se při zkoušce tahem rozbijí. Získané zlomy jsou v průměru horizontální, zatímco u tvárných materiálů jsou kuželovité nebo špičaté, což je známkou roztažení..
Tvárné materiály mohou také prorazit bod napětí. To lze zvýšit, pokud se zvýší teplota, protože teplo podporuje a usnadňuje sklouznutí molekul (i když existuje několik výjimek). Právě díky těmto sklíčkům může materiál vykazovat tažnost, a proto být tažný..
Tažnost materiálu však zahrnuje i jiné proměnné, jako je vlhkost, teplo, nečistoty a způsob působení síly. Například čerstvě roztavené sklo je tvárné, protože má podobu vláken; ale po ochlazení křehne a může se zlomit při jakémkoli mechanickém nárazu.
Tažné materiály mají své vlastní vlastnosti, které přímo souvisejí s jejich molekulárním uspořádáním. V tomto smyslu mohou být tuhá kovová tyč a tyč z mokré hlíny tvárné, i když se jejich vlastnosti velmi liší..
Všichni však mají něco společného: plastické chování před rozbitím. Jaký je rozdíl mezi plastovým a elastickým předmětem?
Pružný předmět je reverzibilně deformován, což se zpočátku vyskytuje u tvárných materiálů; ale zvětšením tahové síly se deformace stane nevratnou a předmět se stane plastickým.
Od tohoto okamžiku získává drát nebo nit definovaný tvar. Po nepřetržitém protahování se jeho průřez zmenší natolik a napětí v tahu je příliš vysoké, že jeho molekulární sklíčka již nemohou působit proti stresu a nakonec se zlomí..
Pokud je tažnost materiálu extrémně vysoká, jako v případě zlata, s jedním gramem je možné získat dráty o délce až 66 km a tloušťce 1 µm..
Čím delší bude drát získaný z hmoty, tím menší bude jeho průřez (pokud nebudou k dispozici tuny zlata pro sestavení drátu značné tloušťky).
Kovy patří mezi tvárné materiály s nesčetnými aplikacemi. Triádu tvoří kovy: zlato, měď a platina. Jeden je zlatý, druhý růžovooranžový a poslední stříbrný. Kromě těchto kovů existují i jiné, které mají nižší tažnost:
-Žehlička
-Zinek
-Mosaz (a jiné slitiny kovů)
-Zlato
-Hliník
-Samarium
-Hořčík
-Vanadium
-Ocel (i když může být ovlivněna jeho tažnost v závislosti na složení uhlíku a dalších přísad)
-stříbrný
-Cín
-Olovo (ale v určitých malých teplotních rozsazích)
Je obtížné zjistit, bez předchozích experimentálních znalostí, které kovy jsou skutečně tvárné. Jeho tažnost závisí na stupni čistoty a na tom, jak přísady interagují s kovovým sklem..
Podobně přicházejí v úvahu další proměnné, jako je velikost zrn krystalu a uspořádání krystalu. Kromě toho hraje důležitou roli také počet elektronů a molekulárních orbitalů zapojených do kovové vazby, tj. Do „moře elektronů“..
Interakce mezi všemi těmito mikroskopickými a elektronickými proměnnými činí z tažnosti koncept, který je třeba důkladně řešit pomocí vícerozměrné analýzy; a bude zjištěna absence standardního pravidla pro všechny kovy.
Z tohoto důvodu dva kovy, i když mají velmi podobné vlastnosti, mohou nebo nemusí být tvárné..
Zrna jsou části skla, které postrádají znatelné nepravidelnosti (mezery) v jejich trojrozměrném uspořádání. V ideálním případě by měly být zcela symetrické s velmi dobře definovanou strukturou.
Každé zrno pro stejný kov má stejnou krystalickou strukturu; to znamená, že kov s kompaktní šestihrannou strukturou, hcp, má zrna s krystaly se systémem hcp. Jsou uspořádány takovým způsobem, že pod tahovou silou nebo protahováním klouzají po sobě, jako by to byla letadla složená z kuliček..
Obecně platí, že když letadla složená z malých zrn klouzají, musí překonat větší třecí sílu; zatímco pokud jsou velké, mohou se pohybovat volněji. Někteří vědci se ve skutečnosti snaží upravit tažnost určitých slitin prostřednictvím řízeného růstu jejich krystalických zrn..
Na druhou stranu, s ohledem na krystalickou strukturu, obvykle kovy s krystalovým systémem fcc (čelí centrovaný kubický, nebo obličejově centrované krychle) jsou nejtvrdší. Mezitím kovy s krystalickými strukturami bcc (tělo centrované kubické, krychlový na střed) nebo hcp, jsou obvykle méně tvárné.
Například měď i železo krystalizují s fcc uspořádáním a jsou tvárnější než zinek a kobalt, obě s hcp uspořádáním..
Teplo může snížit nebo zvýšit tažnost materiálů a výjimky se vztahují také na kovy. Obecně však platí, že čím měkčí kovy jsou, tím snazší je přeměnit je na vlákna, aniž by se rozbily..
To je způsobeno skutečností, že díky zvýšení teploty vibrují atomy kovů, což má za následek sjednocení zrn; to znamená, že několik malých zrn je spojeno do jednoho velkého zrna.
S většími zrnami se zvyšuje tažnost a molekulární skluz čelí méně fyzickým překážkám.
Tažnost se stává extrémně složitým konceptem, pokud ji začnete mikroskopicky analyzovat. Jak to tedy vysvětlit dětem a dospívajícím? Takovým způsobem, aby to jejich zvědavým očím připadalo co nejjednodušší.
Doposud se hovořilo o roztaveném skle a kovech, ale existují i další neuvěřitelně tvárné materiály: žvýkačky a hrací těsto..
K prokázání tažnosti žvýkačky stačí chytit dvě hmoty a začít je protahovat; jeden je umístěn nalevo a druhý bude nesen doprava. Výsledkem bude visící gumový můstek, který se nebude moci vrátit do původního tvaru, pokud nebude hněten rukama..
Přijde však bod, kdy se most nakonec zlomí (a podlaha bude potřísněna gumou).
Obrázek výše ukazuje, jak dítě stisknutím nádoby s otvory způsobí, že se plastelína vynoří, jako by to byly vlasy. Suchý tmel je méně tvárný než mastný; Experiment tedy mohl jednoduše sestávat z vytvoření dvou červů: jednoho se suchým těstem na hraní a druhého zvlhčeného v oleji..
Dítě si všimne, že olejovitý červ se snáze formuje a získává délku na úkor své tloušťky; zatímco červ zaschne, je pravděpodobné, že se nakonec několikrát rozpadne.
Plastelína také představuje ideální materiál pro vysvětlení rozdílu mezi tvárností (loď, brána) a tvárností (vlasy, červi, hadi, mloci atd.).
I když adolescenti nebudou vůbec nic manipulovat, může být pro ně v první řadě svědkem tvorby měděných drátů atraktivní a zajímavá zkušenost. Prokázání tažnosti by bylo ještě úplnější, pokud by člověk postupoval s jinými kovy, a mohl by tak porovnat jejich tažnost.
Dále musí být všechny dráty podrobeny neustálému roztahování až do bodu zlomu. Tímto způsobem adolescent vizuálně potvrdí, jak tažnost ovlivňuje odpor drátu proti přetržení..
Zatím žádné komentáře