ductilitate Este o proprietate tehnologică a materialelor care le permite să se deformeze la stres; adică separarea celor două capete ale acestuia fără a exista o fractură promptă la un moment dat în mijlocul secțiunii alungite. Pe măsură ce materialul se prelungește, secțiunea sa transversală scade, devenind mai subțire.
Prin urmare, materialele ductile sunt prelucrate mecanic în forme asemănătoare firelor (fire, cabluri, ace etc.). În mașinile de cusut, bobinele cu fire înfășurate reprezintă un exemplu de casă de materiale ductile; în caz contrar, fibrele textile nu ar fi putut niciodată să-și dobândească formele caracteristice.
Care este scopul ductilității în materiale? Acela de a putea acoperi distanțe lungi sau modele atractive, fie pentru fabricarea de instrumente, bijuterii, jucării; sau pentru transportul unor fluide, cum ar fi curentul electric.
Ultima aplicație reprezintă un exemplu cheie de ductilitate a materialelor, în special cea a metalelor. Sârmele fine de cupru (imaginea de sus) sunt buni conductori ai electricității și, împreună cu aurul și platina, sunt folosiți în multe dispozitive electronice pentru a asigura funcționarea lor..
Unele fibre sunt atât de fine (abia cu câțiva micrometri grosime) încât sintagma poetică „păr auriu” capătă tot sensul real. Același lucru este valabil și pentru cupru și argint.
Ductilitatea nu ar fi o posibilă proprietate dacă nu ar exista o rearanjare moleculară sau atomică pentru a contracara forța de tracțiune incidentă. Și dacă nu ar exista, omul nu ar fi cunoscut niciodată cablurile, antenele, podurile ar dispărea, iar lumea ar rămâne în întuneric fără lumină electrică (pe lângă nenumărate alte consecințe).
Indice articol
Spre deosebire de maleabilitate, ductilitatea garantează o reamenajare structurală mai eficientă.
De ce? Deoarece atunci când suprafața în care se află tensiunea este mai mare, solidul are mai multe mijloace de a-și aluneca moleculele sau atomii, formând foi sau plăci; întrucât atunci când tensiunea este concentrată într-o secțiune transversală din ce în ce mai mică, alunecarea moleculară trebuie să fie mai eficientă pentru a contracara forța menționată.
Nu toate solidele sau materialele pot face acest lucru și, din acest motiv, se rup atunci când sunt supuse testelor de tracțiune. Pauzele obținute sunt în medie orizontale, în timp ce cele ale materialelor ductile sunt conice sau ascuțite, semn de întindere..
De asemenea, materialele ductile pot depăși un punct de stres. Acest lucru poate fi crescut dacă temperatura crește, deoarece căldura favorizează și facilitează alunecarea moleculară (deși există mai multe excepții). Atunci datorită acestor diapozitive, un material poate prezenta ductilitate și, prin urmare, poate fi ductil..
Cu toate acestea, ductilitatea unui material cuprinde alte variabile, cum ar fi umiditatea, căldura, impuritățile și modul în care se aplică forța. De exemplu, sticla proaspăt topită este ductilă, deoarece ia forme asemănătoare firelor; dar la răcire, devine fragil și se poate rupe cu orice impact mecanic.
Materialele ductile au propriile lor proprietăți legate direct de aranjamentele lor moleculare. În acest sens, o tijă rigidă din metal și o tijă de lut umedă pot fi ductile, chiar dacă proprietățile lor diferă foarte mult..
Cu toate acestea, toate au ceva în comun: un comportament plastic înainte de rupere. Care este diferența dintre un obiect plastic și unul elastic?
Obiectul elastic este deformat reversibil, ceea ce apare inițial cu materiale ductile; dar crescând forța de întindere, deformarea devine ireversibilă și obiectul devine plastic.
Din acest moment, firul sau firul capătă o formă definită. După întindere continuă, secțiunea sa transversală devine atât de mică, iar tensiunea de tracțiune este prea mare, încât culisele sale moleculare nu mai pot contracara stresul și ajunge să se rupă..
Dacă ductilitatea materialului este extrem de mare, ca în cazul aurului, cu un gram este posibil să se obțină fire cu lungimi de până la 66 km, cu grosimea de 1 µm..
Cu cât firul obținut dintr-o masă este mai lung, cu atât secțiunea sa transversală va fi mai mică (cu excepția cazului în care sunt disponibile tone de aur pentru a construi un fir de grosime considerabilă).
Metalele se numără printre materialele ductile cu nenumărate aplicații. Triada este formată din metale: aur, cupru și platină. Unul este auriu, celălalt portocaliu roz și ultimul argintiu. Pe lângă aceste metale, există și altele cu ductilitate mai mică:
-Fier
-Zinc
-Alamă (și alte aliaje metalice)
-Aur
-Aluminiu
-Samarium
-Magneziu
-Vanadiu
-Oțel (deși ductilitatea acestuia poate fi afectată în funcție de compoziția sa de carbon și alți aditivi)
-Argint
-Staniu
-Plumb (dar în anumite limite mici de temperatură)
Este dificil să se stabilească, fără cunoștințe experimentale prealabile, care sunt metalele cu adevărat ductile. Ductilitatea sa depinde de gradul de puritate și de modul în care aditivii interacționează cu sticla metalică..
La fel, alte variabile, cum ar fi dimensiunea boabelor de cristal și dispunerea cristalului, iau în considerare. În plus, numărul de electroni și orbitali moleculari implicați în legătura metalică, adică în „marea de electroni” joacă, de asemenea, un rol important..
Interacțiunile dintre toate aceste variabile microscopice și electronice fac din ductilitate un concept care trebuie abordat temeinic cu o analiză multivariată; și se va constata absența unei reguli standard pentru toate metalele.
Din acest motiv, două metale, deși cu caracteristici foarte similare, pot fi sau nu ductile..
Boabele sunt porțiuni de sticlă care nu dispun de nereguli (goluri) vizibile în aranjamentele lor tridimensionale. În mod ideal, acestea ar trebui să fie complet simetrice, cu structura lor foarte bine definită.
Fiecare bob pentru același metal are aceeași structură cristalină; adică un metal cu o structură hexagonală compactă, hcp, are boabe cu cristale cu sistemul hcp. Acestea sunt aranjate în așa fel încât sub forța de tracțiune sau întindere să alunece unul peste altul, de parcă ar fi avioane formate din marmură..
În general, atunci când planurile compuse din boabe mici alunecă, acestea trebuie să depășească o forță de frecare mai mare; în timp ce, dacă sunt mari, se pot mișca mai liber. De fapt, unii cercetători caută să modifice ductilitatea anumitor aliaje prin creșterea controlată a boabelor lor cristaline..
Pe de altă parte, în ceea ce privește structura cristalină, de obicei metalele cu un sistem de cristale fcc (cu fața cubică centrată, sau cubic centrat pe față) sunt cele mai ductile. Între timp, metalele cu structuri cristaline bcc (corp centrat cubic, cubic centrat pe față) sau hcp, sunt de obicei mai puțin ductile.
De exemplu, atât cuprul, cât și fierul cristalizează cu un aranjament fcc și sunt mai ductile decât zincul și cobaltul, ambele cu aranjamente hcp..
Căldura poate scădea sau crește ductilitatea materialelor, iar excepțiile se aplică și metalelor. Cu toate acestea, ca regulă generală, metalele sunt mai moi, cu atât este mai ușor să le transformi în fire fără să se rupă..
Acest lucru se datorează faptului că creșterea temperaturii face ca atomii metalici să vibreze, ceea ce duce la unificarea boabelor; adică, mai multe boabe mici sunt unite pentru a forma un bob mare.
Cu boabe mai mari, ductilitatea crește, iar alunecarea moleculară se confruntă cu mai puține impedimente fizice.
Ductilitatea devine un concept extrem de complex dacă începeți să-l analizați microscopic. Deci, cum să-l explic copiilor și adolescenților? În așa fel încât să pară cât mai simplu posibil ochilor lor curioși.
Până acum s-a vorbit despre sticlă topită și metale, dar există și alte materiale incredibil de ductile: gumă de mestecat și aluat de joacă..
Pentru a demonstra ductilitatea gumei de mestecat, este suficient să prinzi două mase și să începi să le întinzi; unul situat la stânga, iar celălalt va fi dus la dreapta. Rezultatul va fi cel al unui pod de gumă agățat, care nu va putea reveni la forma sa originală decât dacă este frământat cu mâinile..
Cu toate acestea, va veni un moment în care podul se va rupe în cele din urmă (iar podeaua va fi pătată cu gumă).
Imaginea de mai sus arată cum un copil apăsând un recipient cu găuri face ca plastilina să iasă ca și cum ar fi păr. Chitul uscat este mai puțin ductil decât chitul uleios; Prin urmare, un experiment ar putea consta pur și simplu în crearea a doi viermi: unul cu aluatul uscat și celălalt umezit în ulei..
Copilul va observa că viermele gras este mai ușor de modelat și de a câștiga lungime în detrimentul grosimii acestuia; în timp ce viermele se usucă, este posibil să ajungă să se rupă de mai multe ori.
Plasticina reprezintă, de asemenea, un material ideal pentru a explica diferența dintre maleabilitate (o barcă, o poartă) și ductilitate (păr, viermi, șerpi, salamandre etc.).
Deși adolescenții nu vor manipula deloc nimic, a putea asista la formarea firelor de cupru în primul rând poate fi o experiență atractivă și interesantă pentru ei. Demonstrarea ductilității ar fi și mai completă dacă se procedează cu alte metale și astfel se poate compara ductilitatea lor.
Apoi, toate firele trebuie să fie supuse unei întinderi constante până la punctul lor de rupere. Cu aceasta, adolescentul va certifica vizual modul în care ductilitatea influențează rezistența firului la rupere..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.