Was ist Duktilität? - Bedeutung und beeinflussende Faktoren

Was ist Duktilität?

Duktilität ist die Fähigkeit eines Materials, sich als Reaktion auf Belastung dauerhaft zu verformen (z. B. zu dehnen, zu biegen oder zu spreizen). Die meisten gebräuchlichen Stähle sind beispielsweise ziemlich duktil und können daher lokale Spannungskonzentrationen aufnehmen.

Spröde Materialien, wie Glas, können Spannungskonzentrationen nicht aufnehmen, da ihnen die Duktilität fehlt und sie daher leicht brechen. Wenn eine Materialprobe belastet wird, verformt sie sich zunächst elastisch (siehe Elastizität); Oberhalb einer bestimmten Verformung, der sogenannten Elastizitätsgrenze, wird die Verformung dauerhaft.

In der Materialwissenschaft wird Duktilität durch das Ausmaß definiert, in dem ein Material einer plastischen Verformung unter Zugspannung standhalten kann, bevor es versagt.

Duktilität ist ein wichtiger Aspekt in der Konstruktion und Fertigung, der die Eignung eines Materials für bestimmte Fertigungsvorgänge (z. B. Kaltumformung) und seine Fähigkeit, mechanische Überlastung zu absorbieren, definiert. Materialien, die im Allgemeinen als duktil bezeichnet werden, umfassen Gold und Kupfer.

Formbarkeit, eine ähnliche mechanische Eigenschaft, ist durch die Fähigkeit eines Materials gekennzeichnet, sich unter Druckspannung plastisch zu verformen, ohne zu versagen. In der Vergangenheit galten Materialien als formbar, wenn sie sich durch Hämmern oder Walzen formen ließen. Blei ist ein Beispiel für ein Material, das relativ formbar, aber nicht dehnbar ist.

Beispiele

Die meisten Metalle sind gute Beispiele für duktile Materialien, einschließlich Gold, Silber, Kupfer, Erbium, Terbium, Samarium-Aluminium und Stahl haben eine hohe Duktilität. Beispiele für Metalle, die nicht sehr duktil sind, sind Wolfram und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt. Nichtmetalle sind im Allgemeinen nicht duktil.

Dehnbarkeit messen

Duktilität ist die Fähigkeit eines Metalls, sich zu verformen, ohne zu brechen. Als duktil gelten Metalle, die ohne Bruch in eine andere Form gebracht oder gepresst werden können. Metalle, die brechen, werden als spröde eingestuft (im Wesentlichen das Gegenteil von duktil).

Duktilität spielt eine große Rolle bei der Umformbarkeit. Metalle, die übermäßig spröde sind, können möglicherweise nicht erfolgreich umgeformt werden. Wenn beispielsweise ein Metallstück zu einem dünnen Draht gedehnt wird, muss es unbedingt eine gewisse Duktilität aufweisen.

Wenn das Metall zu spröde ist, bricht es, sobald sich das Metall zu dehnen beginnt. Duktilität ist auch ein wichtiger Sicherheitsaspekt für Strukturprojekte. Duktilität ermöglicht es Strukturen, sich bis zu einem gewissen Grad zu biegen und zu verformen, ohne zu brechen, wenn sie schweren Lasten ausgesetzt werden.

Die prozentuale Dehnung und die prozentuale Verringerung sind zwei Möglichkeiten, die Duktilität zu messen:

• Die prozentuale Dehnung misst die Länge, um die sich ein Metall als Prozentsatz seiner ursprünglichen Länge verformt, nachdem es während eines Zugtests bis zum Versagen gezogen wurde.
• Die prozentuale Reduzierung misst den engsten Teil des Querschnitts einer Metallprobe nach einem durch Zugversuch induzierten Bruch.

Die Duktilität kann von der Temperatur abhängen, daher sollten die Temperaturen berücksichtigt werden, denen das Metall in einer Anwendung ausgesetzt wird. Die meisten Metalle haben ein Übergangstemperaturdiagramm von duktil-spröd, das hilfreich sein kann.

Welche Metalle sind duktil?

Es gibt viele duktile Metalle, darunter:

• Aluminium
• Messing
• Kupfer
• Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
• Gold
• Silber
• Zinn
• Führung

Als spröde Metalle gelten Gusseisen, Chrom und Wolfram. Beispiele für Anwendungen, die eine hohe Duktilität erfordern, sind Metallkabel, Stanzteile und Konstruktionsträger.

Materialwissenschaft

Gold ist extrem dehnbar. Es kann zu einem einatomigen Draht gezogen und dann weiter gedehnt werden, bevor es bricht.

Duktilität ist besonders wichtig in der Metallbearbeitung, da Materialien, die unter Spannung reißen, brechen oder zerbrechen, nicht durch Umformverfahren wie Hämmern, Walzen, Ziehen oder Extrudieren manipuliert werden können. Verformbare Materialien können durch Stanzen oder Pressen kalt verformt werden, während spröde Materialien gegossen oder thermogeformt werden können.

Hohe Duktilitäten entstehen durch metallische Bindungen, die überwiegend in Metallen vorkommen; Dies führt zu der allgemeinen Wahrnehmung, dass Metalle im Allgemeinen duktil sind. In metallischen Bindungen werden Valenzschalenelektronen delokalisiert und zwischen vielen Atomen geteilt.

Die delokalisierten Elektronen lassen Metallatome aneinander vorbeigleiten, ohne starken Abstoßungskräften ausgesetzt zu sein, die andere Materialien zerbrechen lassen würden.

Die Duktilität von Stahl variiert in Abhängigkeit von den Legierungsbestandteilen. Eine Erhöhung der Kohlenstoffgehalte verringert die Duktilität. Viele Kunststoffe und amorphe Festkörper wie Play-Doh sind ebenfalls formbar. Das dehnbarste Metall ist Platin und das formbarste Metall ist Gold.

Bei starker Dehnung verformen sich solche Metalle durch Bildung, Neuorientierung und Wanderung von Versetzungen und Kristallzwillingen ohne merkliche Verhärtung.

Faktoren, die die Duktilität von Metallen beeinflussen:

Die Duktilität wird durch intrinsische Faktoren wie Zusammensetzung, Korngröße, Zellstruktur usw. sowie durch externe Faktoren wie hydrostatischer Druck, Temperatur, bereits erlittene plastische Verformung usw. beeinflusst.

Einige wichtige Beobachtungen zur Duktilität sind unten aufgeführt:

1. Metalle mit FCC- und BCC-Kristallstruktur zeigen eine höhere Duktilität bei hohen Temperaturen im Vergleich zu denen mit HCP-Kristallstruktur.
2. Korngröße hat einen erheblichen Einfluss auf die Duktilität. Viele Legierungen zeigen ein superplastisches Verhalten, wenn die Korngröße sehr klein in der Größenordnung von wenigen Mikrometern ist.
3. Stähle mit höherem Sauerstoffgehalt weisen eine geringe Duktilität auf.
4. In einigen Legierungen haben Verunreinigungen sogar in sehr kleinen Prozentsätzen einen signifikanten Einfluss auf die Duktilität. Die Duktilität von Kohlenstoffstählen, die eine Schwefelverunreinigung von nur 0,018 % enthalten, verringert die Duktilität drastisch bei etwa 1040 °C. Dies kann jedoch behoben werden, wenn der Mn-Gehalt hoch ist. Tatsächlich ist das Verhältnis Mn/S der Faktor, der die Duktilität von Kohlenstoffstählen bei 1040 °C verändern kann. Bei einem Wert dieses Verhältnisses von 2 beträgt die prozentuale Dehnung bei 1040 °C nur 12–15 %, während sie bei einem Verhältnis von 14 110 % beträgt.
5. Temperatur ist ein wesentlicher Faktor, der die Duktilität und damit die Umformbarkeit beeinflusst. Im Allgemeinen erhöht es die Duktilität, jedoch kann die Duktilität bei bestimmten Temperaturen aufgrund von Phasenumwandlungen und mikrostrukturellen Veränderungen, die durch einen Temperaturanstieg hervorgerufen werden, abnehmen. Einfluss der Temperatur auf die Duktilität von Edelstahl. Es hat eine geringe Duktilität bei 1050 °C und ein Maximum bei 1350 °C. Daher hat es einen sehr engen Warmarbeitsbereich.
6. Hydrostatischer Druck erhöht die Duktilität. Diese Beobachtung wurde zuerst von Bridgeman gemacht. Bei Torsionsversuchen nimmt die Länge der Probe mit zunehmender Torsion ab. Wird die Probe im Torsionsversuch axial auf Druck belastet, zeigt sie eine höhere Duktilität als ohne axiale Belastung. Wenn bei axialer Zugspannung nimmt die Duktilität noch weiter ab.

Häufig gestellte Fragen.

Was ist Duktilität?

Duktilität ist die Fähigkeit eines Materials, sich als Reaktion auf Belastung dauerhaft zu verformen (z. B. zu dehnen, zu biegen oder zu spreizen). Die meisten gebräuchlichen Stähle sind beispielsweise ziemlich duktil und können daher lokale Spannungskonzentrationen aufnehmen.

Was ist ein Beispiel für Duktilität?

Duktilität ist die physikalische Eigenschaft eines Materials, die mit der Fähigkeit verbunden ist, dünn gehämmert oder zu Draht gedehnt zu werden, ohne zu brechen. Eine duktile Substanz kann zu einem Draht gezogen werden. Beispiele:Die meisten Metalle sind gute Beispiele für duktile Materialien, einschließlich Gold, Silber, Kupfer, Erbium, Terbium und Samarium.

Was ist mit Formbarkeit und Duktilität gemeint?

Ein verformbares Material ist eines, bei dem ein dünnes Blech leicht durch Hämmern geformt werden kann. Gold ist das formbarste Metall. Bildnachweis:Summen. Im Gegensatz dazu ist Duktilität die Fähigkeit eines festen Materials, sich unter Zugspannung zu verformen.

Warum Duktilität ein Metall ist?

Hohe Duktilitäten entstehen durch metallische Bindungen, die überwiegend in Metallen vorkommen; Dies führt zu der allgemeinen Wahrnehmung, dass Metalle im Allgemeinen duktil sind. In metallischen Bindungen sind Valenzschalenelektronen delokalisiert und werden von vielen Atomen geteilt.

Was ist Duktilitätskurzantwort?

Duktilität ist die Fähigkeit eines Materials, ohne Bruch gezogen oder plastisch verformt zu werden. Es ist daher ein Hinweis darauf, wie „weich“ oder formbar das Material ist.

Was nützt Duktilität im Alltag?