Ελκιμότητα – Ορισμός όλκιμο και παραδείγματα
ολκιμότητα είναι μια μηχανική ιδιότητα που περιγράφει πόσο εύκολα ένα υλικό τραβιέται σε ένα σύρμα. Με άλλα λόγια, είναι η ικανότητα ενός υλικού να διατηρεί πλαστική παραμόρφωση υπό τάση εφελκυσμού πριν από την αστοχία. Ένα υλικό με υψηλή ολκιμότητα είναι όλκιμο , ενώ ένα με χαμηλή ολκιμότητα είναι εύθραυστο .
Ποιο είναι το πιο όλκιμο μέταλλο;
Ο χρυσός είναι το πιο όλκιμο μέταλλο. Σύμφωνα με τα Παγκόσμια Ρεκόρ Γκίνες, ένα γραμμάριο χρυσού μπορεί να συρθεί σε ένα σύρμα μήκους 2,4 χιλιομέτρων, ενώ μια ουγγιά χρυσού μπορεί να συρθεί σε ένα σύρμα μήκους 43 μιλίων.
Η πλατίνα, το ασήμι και ο χαλκός είναι άλλα πολύ όλκιμα μέταλλα.
Πώς λειτουργεί η ολκιμότητα
Τα μέταλλα είναι όλκιμα επειδή σχηματίζουν μεταλλικούς δεσμούς. Αυτό είναι συνέπεια του μεταλλικού χαρακτήρα, ο οποίος με τη σειρά του εξαρτάται από τα ηλεκτρόνια σθένους. Στα όλκιμα μέταλλα, τα ηλεκτρόνια αποεντοπίζονται και μοιράζονται μεταξύ των ατόμων. Αυτό επιτρέπει στα άτομα να γλιστρούν το ένα δίπλα στο άλλο.
Υπάρχει μια σχέση μεταξύ του αριθμού των κελυφών ηλεκτρονίων ενός ατόμου και της πλαστιμότητας αυτού του στοιχείου. Συνήθως, όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των κελυφών ηλεκτρονίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η ολκιμότητα ενός στοιχείου. Τα ηλεκτρόνια σθένους έχουν επίσης σημασία. Ο χρυσός, ο μόλυβδος και η πλατίνα έχουν έξι κελύφη ηλεκτρονίων. Και τα τρία μέταλλα παρουσιάζουν εξαιρετικά υψηλή ολκιμότητα. Ο σίδηρος, ο ψευδάργυρος, το μαγγάνιο και το χρώμιο έχουν τέσσερα κελύφη ηλεκτρονίων και χαμηλότερη ολκιμότητα. Το βηρύλλιο είναι εύθραυστο παρά όλκιμο και έχει δύο κελύφη ηλεκτρονίων.
Δύο τρόποι μέτρησης της πλαστιμότητας
Υπάρχουν δύο κοινές μέθοδοι μέτρησης της πλαστιμότητας:ποσοστιαία επιμήκυνση και μείωση επιφάνειας. Με άλλα λόγια, ο ένας μετρά πόσο μήκος παίρνει ένα καλώδιο ενώ ο άλλος μετράει πόσο λεπτό γίνεται.
Ποσοστό επιμήκυνσης είναι ένα μέτρο του μήκους ενός σύρματος που τραβιέται από ένα υλικό. Συγκρίνει το τελικό μήκος με το αρχικό μήκος:
ποσοστό επιμήκυνσης =(τελικό μήκος – αρχικό μήκος)/αρχικό μήκος x 100% =(lf – l0 )/lo x 100
Ποσοστό μείωσης της περιοχής συγκρίνει πόσο λεπτό γίνεται μια διατομή σύρματος πριν σπάσει συγκρίνοντας το αρχικό πάχος (μετρητή) με το τελικό πάχος (μετρητή):
ποσοστό μείωσης της περιοχής =αλλαγή στην περιοχή/αρχική περιοχή x 100% =(Ao – Αστ )/Ao x 100
Το ποσοστό μείωσης της επιφάνειας μετρά το ελάχιστο πάχος του «λαιμού» του σύρματος. Ένα εύθραυστο υλικό σπάει χωρίς λαιμό. Τα περισσότερα όλκιμα υλικά εμφανίζουν λαιμό. Ορισμένα εξαιρετικά όλκιμα υλικά φθάνουν σε ένα λεπτό σημείο πριν σπάσουν.
Παράγοντες που επηρεάζουν την ολκιμότητα
Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ολκιμότητα είναι η θερμοκρασία, η κρυσταλλική δομή και το μέγεθος των κόκκων.
Τα στερεά είναι εύθραυστα σε χαμηλές θερμοκρασίες και πιο όλκιμα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η θερμοκρασία μετάπτωσης όλκιμο-εύθραυστο (DBTT) είναι η θερμοκρασία κατά την οποία ένα υλικό αλλάζει από εύθραυστο κάταγμα σε όλκιμο κάταγμα. Κάτω από το DBTT, ακόμη και ένα κανονικά όλκιμο υλικό είναι εύθραυστο.
Η κυβική δομή με επίκεντρο το πρόσωπο (FCC) είναι πιο όλκιμη σε μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας από άλλες κρυσταλλικές δομές. Τα κυβικά (BCC) υλικά με κέντρο το σώμα είναι όλκιμα μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι εξαγωνικές κλειστές δομές (HCP) είναι συχνά εύθραυστες σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών.
Το μικρότερο μέγεθος κόκκου τείνει προς υψηλότερη ολκιμότητα και μείωση της θερμοκρασίας μετάπτωσης όλκιμο-εύθραυστο. Το μικρό μέγεθος κόκκου σημαίνει ότι χρειάζεται μεγαλύτερη τάση για να προκληθεί εξάρθρωση στο όριο των κόκκων.
Το μέγεθος των κόκκων συσχετίζεται επίσης με την ελατότητα. Τα μέταλλα που είναι όλκιμα τείνουν να είναι ελατά.
Πίνακας ολκιμότητας
Ακολουθούν ορισμένες αντιπροσωπευτικές τιμές πλαστιμότητας για διάφορα στοιχεία. Γενικά, τα μέταλλα είναι πιο όλκιμα από τα μεταλλοειδή, τα οποία είναι πιο όλκιμα από τα αμέταλλα.
| Στοιχείο | Σύμβολο | Φυσική ολκιμότητα |
|---|---|---|
| Τέλεια ολκιμότητα | — | 1 |
| Χρυσός | Au | 0,93 |
| Προηγούμενος | Pb | 0,93 |
| Νιόβιο | Σημ. | 0,82 |
| Παλλάδιο | Pd | 0,80 |
| Πλατινένιο | Pt | 0,76 |
| Ασημί | Αγ | 0,73 |
| Βανάδιο | V | 0,73 |
| Κασσίτερος | Sn | 0,69 |
| Αλουμίνιο | Al | 0,65 |
| Χαλκός | Cu | 0,62 |
| Ταντάλιο | Τα | 0,62 |
| Τιτάνιο | Τι | 0,54 |
| Νίκελ | Ni | 0,50 |
| Κοβάλτιο | Συν | 0,50 |
| Μαγνήσιο | Mg | 0,43 |
| Σίδερο | Φε | 0,43 |
| Βολφράμιο | W | 0,40 |
| Ψευδάργυρος | Zn | 0,30 |
| Μαγγάνιο | Mn | 0,23 |
| Ουράνιο | U | 0,23 |
| Πυρίτιο | Si | 0,20 |
| Πλουτώνιο | Pu | 0.18 |
| Chromium | Cr | 0.18 |
| Άνθρακας | Γ | 0.16 |
| Βηρύλλιο | Be | 0,00 |
| Ολική ευθραυστότητα | — | 0 |
Η ολκιμότητα του κράματος εξαρτάται από τη σύνθεσή τους και άλλους παράγοντες. Η ολκιμότητα του χάλυβα μειώνεται καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε άνθρακα.
Συνήθεις ερωτήσεις σχετικά με την ολκιμότητα
Η ολκιμότητα είναι φυσική ιδιότητα ή χημική ιδιότητα;
Η ολκιμότητα είναι μια φυσική ιδιότητα της ύλης. Είναι παρατηρήσιμο χωρίς την ανάγκη χημικής αλλαγής ή αντίδρασης.
Γιατί τα μέταλλα γίνονται εύθραυστα σε χαμηλές θερμοκρασίες;
Τα μέταλλα γίνονται εύθραυστα σε χαμηλές θερμοκρασίες επειδή τα άτομα τους έχουν λιγότερη κινητική ενέργεια. Ουσιαστικά, αυτό καθιστά πιο δύσκολο για αυτούς να γλιστρήσουν μεταξύ τους.
Ποιο μέταλλο έχει την υψηλότερη ολκιμότητα;
Η αποδεκτή απάντηση είναι χρυσός. Ο χρυσός κατέχει το ρεκόρ για την υψηλότερη ολκιμότητα στο βιβλίο των ρεκόρ Γκίνες.
Ποιο μέταλλο έχει την υψηλότερη ολκιμότητα εξαρτάται από το πώς μετριέται. Συγκρίνετε την ολκιμότητα ανά γραμμάριο μετάλλου ή ανά κύβο μετάλλου; Για όλους τους πρακτικούς σκοπούς, ο χρυσός είναι το πιο όλκιμο μέταλλο. Ωστόσο, ο χρυσός είναι πολύ πυκνός, οπότε αν συγκρίνετε ένα σύρμα από έναν κύβο χρυσού με ένα σύρμα από κύβο ίδιου μεγέθους από άλλο μέταλλο, μπορείτε να πάρετε μια διαφορετική απάντηση. Σύμφωνα με ένα άρθρο, η πλατίνα έχει την υψηλότερη ολκιμότητα, αλλά η σχεδίασή της απαιτεί ειδικές τεχνικές. Είναι ενσωματωμένο σε ασήμι και τραβιέται σε ένα λεπτό σύρμα και στη συνέχεια το ασήμι διαλύεται.
Αναφορές
- Budynas, Richard G. (2015). Σχεδίαση Μηχανολόγων Μηχανικών του Shigley (10η έκδ.). McGraw Hill. ISBN 978-0-07-339820-4.
- Dieter, G. (1986). Μηχανική Μεταλλουργία . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-016893-0.
- Λα, Τσε; Akmal, Nurul; Trigueros, Sonia (2019). «Σύνθεση και μοντελοποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων των νανοσυρμάτων Ag, Au και Cu». Sci. Τεχνολ. Adv. Mater . 20 (1):225–261. doi:10.1080/14686996.2019.1585145
- Rich, Jack C. (1988). Τα Υλικά και Μέθοδοι της Γλυπτικής . Εκδόσεις Courier Dover. ISBN 978-0-486-25742-6.
- Vaccaro, John (2002). Εγχειρίδιο Υλικών (15η έκδ.). Εκπαίδευση McGraw-Hill. ISBN 978-0071360760.
