Чем объясняется пластичность металлов


Пластичность - металл - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Пластичность - металл

Cтраница 2

Пластичность металлов обусловлена тем, что под внешним воздействием одни слои ионов в кристаллах легко смещаются ( скользят) по отношению к другим без разрыва. Но для сплавов, состоящих из ионов разного диаметра, это уже нехарактерно. Металлы теряют пластичность также после механической обработки ( ковки), нарушающей правильное строение кристаллов.  [16]

Пластичность металлов и сплавов зависит от типа кристаллической решетки и склонности к образованию твердых растворов. Al, Cu, Ni, Pb, Аи, Ag и др.), далее следуют металлы с о.  [17]

Пластичность металла необходима также для того, чтобы его можно было обрабатывать давлением.  [18]

Пластичность металлов или сплавов зависит от характера напряженного состояния ( фиг.  [19]

Пластичность металла зависит также от степени равномерности его структуры.  [20]

Пластичность металлов при горячей прокатке оценивают при помощи клиновидных образцов. При такой прокатке обжатие изменяется по длине образца. Показателем пластичности является относительное обжатие, соответствующее появлению первой трещины на боковой поверхности образца.  [21]

Пластичность металла при горячей деформации высокая.  [22]

Пластичность металла характеризуется относительным удлинением и сужением при разрыве. Показателем хрупкости металла - его разрушение под действием нагрузки без заметных следов пластической деформации - является ударная вязкость.  [24]

Пластичность металлов также объясняется специфическими свойствами металлической связи. При механическом воздействии на твердое тело отдельные слои его кристаллической решетки смещаются относительно друг друга. В кристаллах с атомной структурой это приводит к разрыву ковалектных связей между атомами, г надлежащими различным слоям, и кристалл разрушается. L кристаллах с ионной структурой при взаимном смещении слоев ь: лзбелно создается такое положение, при котором рядом оказываются одноименно заряженные ионы; при этом возникают силы электростатического отталкивания и кристалл также разрушается.  [26]

12.6: Упругость и пластичность - Physics LibreTexts

Цели обучения

  • Объясните предел, при котором деформация материала является упругой
  • Опишите диапазон, в котором материалы демонстрируют пластические свойства
  • Анализировать упругость и пластичность по диаграмме растяжения

Мы назвали константу пропорциональности между напряжением и деформацией как модуль упругости . Но почему мы это так называем? Что означает эластичность объекта и как описать его поведение?

Эластичность - это тенденция твердых предметов и материалов возвращаться к своей исходной форме после устранения внешних сил (нагрузки), вызывающих деформацию.Объект становится упругим , когда он возвращается к своему первоначальному размеру и форме, когда нагрузка больше не присутствует. Физические причины эластичного поведения различаются в зависимости от материала и зависят от микроскопической структуры материала. Например, эластичность полимеров и каучуков обусловлена ​​растяжением полимерных цепей под действием приложенной силы. Напротив, эластичность металлов вызвана изменением размеров и изменением формы кристаллических ячеек решеток (которые представляют собой материальные структуры металлов) под действием приложенных извне сил.

Два параметра, которые определяют эластичность материала, это его модуль упругости и предел упругости . Высокий модуль упругости характерен для трудно деформируемых материалов; другими словами, материалы, требующие высокой нагрузки для достижения значительной деформации. Пример - стальная лента. Низкий модуль упругости характерен для материалов, которые легко деформируются под нагрузкой; например резинка. Если напряжение под нагрузкой становится слишком высоким, тогда, когда нагрузка снимается, материал больше не возвращается к своей первоначальной форме и размеру, а расслабляется, приобретая другую форму и размер: материал становится постоянно деформируемым.Предел упругости представляет собой значение напряжения, при превышении которого материал больше не ведет себя упруго, а становится постоянно деформируемым.

Наше восприятие эластичного материала зависит как от его предела упругости, так и от модуля упругости. Например, все каучуки характеризуются низким модулем упругости и высоким пределом упругости; следовательно, их легко растянуть, и растяжение заметно велико. Среди материалов с одинаковыми пределами упругости наиболее упругим является материал с наименьшим модулем упругости.

Когда нагрузка возрастает от нуля, результирующее напряжение прямо пропорционально деформации, как указано в уравнении 12.4.4, но только тогда, когда напряжение не превышает некоторого предельного значения. Для значений напряжения в пределах этого линейного предела мы можем описать упругое поведение по аналогии с законом Гука для пружины. Согласно закону Гука, величина растяжения пружины под действием приложенной силы прямо пропорциональна величине силы. И наоборот, сила реакции пружины на приложенное растяжение прямо пропорционально растяжению.Точно так же деформация материала под нагрузкой прямо пропорциональна нагрузке, и, наоборот, результирующее напряжение прямо пропорционально деформации. Предел линейности (или предел пропорциональности ) - это наибольшее значение напряжения, за пределами которого напряжение больше не пропорционально деформации. За пределами линейности связь между напряжением и деформацией больше не является линейной. Когда напряжение становится больше, чем предел линейности, но все еще находится в пределах предела упругости, поведение по-прежнему остается эластичным, но связь между напряжением и деформацией становится нелинейной.

Для напряжений, превышающих предел упругости, материал демонстрирует пластические свойства . Это означает, что материал необратимо деформируется и не возвращается к своей первоначальной форме и размеру, даже когда нагрузка снимается. Когда напряжение постепенно превышает предел упругости, материал подвергается пластической деформации. Резиноподобные материалы демонстрируют увеличение напряжения с увеличением деформации, что означает, что их становится труднее растянуть и, в конечном итоге, они достигают точки разрушения, где они ломаются.Пластичные материалы, такие как металлы, демонстрируют постепенное уменьшение напряжения с увеличением деформации, что означает, что их становится легче деформировать, когда значения напряжения-деформации приближаются к точке разрушения. Микроскопические механизмы, ответственные за пластичность материалов, различны для разных материалов.

Мы можем изобразить взаимосвязь между напряжением и деформацией на диаграмме напряжение-деформация . Каждый материал имеет свою характеристическую кривую деформации-напряжения. Типичная диаграмма напряжения-деформации для пластичного металла под нагрузкой показана на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).На этом рисунке деформация представляет собой относительное удлинение (не в масштабе). Когда нагрузка постепенно увеличивается, линейное поведение (красная линия), которое начинается в точке холостого хода (начало координат), заканчивается на пределе линейности в точке H. При дальнейшем увеличении нагрузки за пределами точки H соотношение напряжения и деформации является нелинейным. но все еще эластичный. На рисунке эта нелинейная область видна между точками H и E. Все большие нагрузки доводят напряжение до предела упругости E, где заканчивается упругое поведение и начинается пластическая деформация.При превышении предела эластичности, когда нагрузка снимается, например, в точке P, материал расслабляется до новой формы и размера вдоль зеленой линии. Это означает, что материал постоянно деформируется и не возвращается к своей первоначальной форме и размеру, когда напряжение становится равным нулю.

Материал подвергается пластической деформации при нагрузках, достаточно больших, чтобы заставить напряжение выйти за предел упругости в E. Материал продолжает пластически деформироваться, пока напряжение не достигнет точки разрушения (точки разрушения).За пределами точки разрушения у нас больше нет одного образца материала, поэтому диаграмма заканчивается в точке разрушения. Для полноты этого качественного описания следует сказать, что пределы линейности, упругости и пластичности обозначают диапазон значений, а не одну острую точку.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Типичный график напряжения-деформации для металла под нагрузкой: График заканчивается в точке разрушения. Стрелки показывают направление изменений при постоянно увеличивающейся нагрузке. Точки H и E представляют собой пределы линейности и упругости соответственно.Между точками H и E поведение нелинейно. Зеленая линия, начинающаяся в точке P, показывает реакцию металла на снятие нагрузки. Остаточная деформация имеет значение деформации в точке, где зеленая линия пересекает горизонтальную ось.

Значение напряжения в точке разрушения называется разрывным напряжением (или предельным напряжением ). Материалы с одинаковыми упругими свойствами, например два металла, могут иметь очень разные разрушающие напряжения. Например, предел прочности алюминия равен 2.2 x 10 8 Па, а для стали оно может достигать 20,0 x 10 8 Па, в зависимости от типа стали. На основе уравнения 12.4.5 мы можем быстро оценить, что для стержней с площадью поперечного сечения 2 1 дюйм разрушающая нагрузка для алюминиевого стержня составляет 3,2 x 10 4 фунтов, а разрывная нагрузка для стального стержня примерно в девять раз больше.

Авторы и ссылки

  • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами.Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Некоторые химические элементы называются металлами . Они являются большинством элементов периодической таблицы. Эти элементы обычно обладают следующими свойствами:

  1. Они могут проводить электричество и тепло.
  2. Их легко сформировать.
  3. У них блестящий вид.
  4. Они имеют высокую температуру плавления.

Большинство металлов остаются твердыми при комнатной температуре, но это не обязательно.Ртуть жидкая. Сплавы - это смеси, в которых хотя бы одна часть смеси представляет собой металл. Примеры металлов: алюминий, медь, железо, олово, золото, свинец, серебро, титан, уран и цинк. Хорошо известные сплавы включают бронзу и сталь.

Изучение металлов называется металлургией.

Признаки сходства металлов (свойства металлов) [изменить | изменить источник]

Большинство металлов твердые, блестящие, они кажутся тяжелыми и плавятся только при очень высоких температурах.Куски металла издают звон колокольчика при ударе чего-то тяжелого (они звонкие). Тепло и электричество могут легко проходить через металл (он проводящий). Кусок металла можно разбить на тонкий лист (он ковкий) или растянуть на тонкую проволоку (он пластичный). Металл трудно разорвать (у него высокая прочность на разрыв) или разбить (у него высокая прочность на сжатие). Если надавить на длинный тонкий кусок металла, он гнется, а не сломается (он эластичный). За исключением цезия, меди и золота, металлы имеют нейтральный серебристый цвет.

Не все металлы обладают этими свойствами. Ртуть, например, жидкая при комнатной температуре, свинец очень мягкий, а тепло и электричество не проходят через железо так, как через медь.

Мост в России металлический, вероятно, железный или стальной.

Металлы очень полезны людям. Их используют для изготовления инструментов, потому что они могут быть прочными и легко поддающимися обработке. Из железа и стали строили мосты, здания или корабли.

Некоторые металлы используются для изготовления таких предметов, как монеты, потому что они твердые и не изнашиваются быстро.Например, медь (блестящая и красного цвета), алюминий (блестящая и белая), золото (желтая и блестящая), а также серебро и никель (также белые и блестящие).

Некоторые металлы, например сталь, можно сделать острыми и оставаться острыми, поэтому их можно использовать для изготовления ножей, топоров или бритв.

Редкие металлы высокой стоимости, такие как золото, серебро и платина, часто используются для изготовления ювелирных изделий. Металлы также используются для изготовления крепежа и шурупов. Кастрюли, используемые для приготовления пищи, могут быть сделаны из меди, алюминия, стали или железа.Свинец очень тяжелый и плотный, и его можно использовать в качестве балласта на лодках, чтобы не допустить их опрокидывания или защитить людей от ионизирующего излучения.

Многие изделия, сделанные из металлов, на самом деле могут быть сделаны из смесей по крайней мере одного металла с другими металлами или с неметаллами. Эти смеси называются сплавами. Некоторые распространенные сплавы:

Люди впервые начали делать вещи из металла более 9000 лет назад, когда они обнаружили, как получать медь из [] руды. Затем они научились делать более твердый сплав - бронзу, добавляя к ней олово.Около 3000 лет назад они открыли железо. Добавляя небольшое количество углерода в железо, они обнаружили, что из них можно получить особенно полезный сплав - сталь.

В химии металл - это слово, обозначающее группу химических элементов, обладающих определенными свойствами. Атомы металла легко теряют электрон и становятся положительными ионами или катионами. Таким образом, металлы не похожи на два других вида элементов - неметаллы и металлоиды. Большинство элементов периодической таблицы - металлы.

В периодической таблице мы можем провести зигзагообразную линию от элемента бора (символ B) до элемента полония (символ Po). Элементы, через которые проходит эта линия, - это металлоиды. Элементы, расположенные выше и справа от этой линии, являются неметаллами. Остальные элементы - это металлы.

Большинство свойств металлов обусловлено тем, что атомы в металле не очень крепко удерживают свои электроны. Каждый атом отделен от других тонким слоем валентных электронов.

Однако некоторые металлы отличаются. Примером может служить металлический натрий. Он мягкий, плавится при низкой температуре и настолько легкий, что плавает на воде. Однако людям не следует пробовать это, потому что еще одно свойство натрия состоит в том, что он взрывается при соприкосновении с водой.

Большинство металлов химически стабильны и не вступают в реакцию легко, но некоторые реагируют. Реактивными являются щелочные металлы, такие как натрий (символ Na) и щелочноземельные металлы, такие как кальций (символ Ca). Когда металлы действительно вступают в реакцию, они часто реагируют с кислородом.Оксиды металлов являются основными. Оксиды неметаллов кислые.

Соединения, в которых атомы металлов соединены с другими атомами, образуя молекулы, вероятно, являются наиболее распространенными веществами на Земле. Например, поваренная соль - это соединение натрия.

Кусок чистой меди, найденной как самородная медь

Считается, что использование металлов - это то, что отличает людей от животных. До того, как стали использовать металлы, люди делали инструменты из камня, дерева и костей животных. Сейчас это называется каменным веком.

Никто не знает, когда был найден и использован первый металл. Вероятно, это была так называемая самородная медь, которую иногда находят большими кусками на земле. Люди научились делать из него медные инструменты и другие вещи, хотя для металла он довольно мягкий. Они научились плавке, чтобы получать медь из обычных руд. Когда медь плавили на огне, люди научились делать сплав под названием бронза, который намного тверже и прочнее меди. Из бронзы делали ножи и оружие.Это время в истории человечества примерно после 3300 г. до н.э. часто называют бронзовым веком, то есть временем бронзовых инструментов и оружия.

Примерно в 1200 году до нашей эры некоторые люди научились делать железные орудия труда и оружие. Они были даже тверже и прочнее бронзы, и это было преимуществом на войне. Время железных инструментов и оружия теперь называется железным веком. . Металлы были очень важны в истории человечества и цивилизации. Железо и сталь сыграли важную роль в создании машин. Золото и серебро использовались в качестве денег, чтобы люди могли торговать, то есть обмениваться товарами и услугами на большие расстояния.

В астрономии металл - это любой элемент, кроме водорода или гелия. Это потому, что эти два элемента (а иногда и литий) - единственные, которые образуются вне звезд. В небе спектрометр может видеть признаки металлов и показывать астроному металлы в звезде.

В организме человека некоторые металлы являются важными питательными веществами, такими как железо, кобальт и цинк. Некоторые металлы могут быть безвредными, например рутений, серебро и индий. Некоторые металлы могут быть токсичными в больших количествах. Другие металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, очень ядовиты.Источники отравления металлами включают горнодобывающую промышленность, хвостохранилища, промышленные отходы, сельскохозяйственные стоки, профессиональные воздействия, краски и обработанную древесину.

.

Объяснение пластичности мантии Земли

Изображение поликристалла природного оливина (оманский милонит) в кросс-поляризованном свете с оптической микроскопии. Предоставлено: С. Демучи, Монпелье.

Мантия Земли представляет собой твердый слой, который совершает медленное непрерывное конвективное движение. Но как эти горные породы деформируются, что делает возможным такое движение, учитывая, что минералы, такие как оливин (главный компонент верхней мантии), не имеют достаточного количества дефектов в своей кристаллической решетке, чтобы объяснить деформации, наблюдаемые в природе? Команда под руководством Unité Matériaux et Transformations дала неожиданный ответ на этот вопрос.Он включает малоизвестные и до сих пор игнорируемые дефекты кристаллов, известные как «дисклинации», которые расположены на границах между зернами минералов, из которых состоят породы. Сосредоточившись на оливине, исследователям впервые удалось наблюдать такие дефекты и смоделировать поведение границ зерен при воздействии механического напряжения. Результаты, которые только что были опубликованы в журнале Nature , выходят далеко за рамки наук о Земле: они представляют собой новый чрезвычайно мощный инструмент для изучения динамики твердых тел и материаловедения в целом.

Земля непрерывно выделяет тепло за счет конвективного движения в мантии Земли, которая лежит в основе коры. Таким образом, понимание этой конвекции является фундаментальным для изучения тектоники плит. Мантия состоит из твердых пород. Для возникновения конвективного движения кристаллическая решетка этих пород должна иметь возможность деформироваться. До сих пор это был парадокс, который наука не могла полностью разрешить.Хотя дефекты кристаллической решетки, называемые дислокациями, очень хорошо объясняют пластичность металлов, их недостаточно для объяснения деформаций, которым подвергаются определенные породы мантии.

Исследователи подозревали, что решение должно быть найдено на границах между минеральными зернами, составляющими горные породы. Однако им не хватало концептуальных инструментов, необходимых для описания и моделирования роли этих границ в пластичности горных пород. Исследователи из Unité Matériaux et Transformations (CNRS / Université Lille 1 / Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Lille) в сотрудничестве с исследователями из Лаборатории географии Монпелье (CNRS / Université Montpellier 2) и Лаборатории исследований микроструктур и материалов. Matériaux (CNRS / Université de Lorraine / Arts et Métiers ParisTech / Ecole Nationale d'Ingénieurs de Metz) объяснили эту роль.Они показали, что кристаллическая решетка границ зерен имеет весьма специфические дефекты, известные как «дисклинации», которыми до сих пор пренебрегали. Впервые исследователям удалось наблюдать их в образцах оливина (который составляет до 60% верхней мантии) с помощью электронного микроскопа и специальной обработки изображений. Они пошли даже дальше: на основе математической модели они показали, что эти дисклинации объясняют пластичность оливина.При приложении механического напряжения дисклинации позволяют границам зерен перемещаться, что позволяет оливину деформироваться в любом направлении. Таким образом, поток в мантии больше не несовместим с ее жесткостью.

Это исследование выходит за рамки объяснения пластичности горных пород в мантии Земли: это большой шаг вперед в материаловедении. Рассмотрение дисклинаций должно предоставить ученым новый инструмент для объяснения многих явлений, связанных с механикой твердого тела. Ученые намерены продолжить исследования структуры границ зерен не только в других минералах, но и в других твердых телах, таких как металлы.


Мантия Земли: новый числовой инструмент описывает деформацию горных пород
Дополнительная информация: Патрик Кордье, Сильви Демучи, Бенуа Босир, Винсент Топен, Фабрис Бару, Клод Фрессенджас. Дисклинации обеспечивают недостающий механизм деформации богатых оливином пород в мантии. Nature , 2014; 507 (7490): 51 DOI: 10.1038 / nature13043

Ссылка : Объяснение пластичности мантии Земли (2014, 7 марта) получено 26 октября 2020 с https: // физ.org / news / 2014-03-earth-mantle-plasticity.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Пластичность | физика | Britannica

Пластичность , способность определенных твердых тел течь или постоянно изменять форму под воздействием напряжений промежуточной величины между теми, которые вызывают временную деформацию или упругое поведение, и теми, которые вызывают разрушение материала или разрыв ( см. Выход точка). Пластичность позволяет твердому телу под действием внешних сил претерпевать остаточную деформацию без разрушения. Для сравнения, эластичность позволяет твердому телу возвращаться к своей исходной форме после снятия нагрузки.Пластическая деформация возникает во многих процессах обработки металлов давлением (прокатка, прессование, ковка) и в геологических процессах (складчатость горных пород и течение горных пород внутри земли под чрезвычайно высоким давлением и при повышенных температурах).

Подробнее по этой теме

промышленное стекло: эластичность и пластичность

Из-за изотропной природы стекла обычно измеряются только два независимых модуля упругости: модуль Юнга, который измеряет...

Пластическая деформация - это свойство пластичных и ковких твердых тел. Хрупкие материалы, такие как чугун, нельзя деформировать пластически, хотя при повышенных температурах некоторые, например стекло, которое не является кристаллизованным твердым телом, действительно подвергаются пластическому течению.

Пластичность, как название науки, относится либо к математическому описанию того, что происходит при пластической деформации в терминах напряжений, деформаций и нагрузок, либо к физическому объяснению пластического течения в терминах атомов, кристаллов, зерен и движений структурные дефекты (дислокации) внутри кристаллов.

.

Смотрите также