- Hoe bepaal je de maakbaarheid? Hamer en knopen
- Relatie met hardheid en temperatuur
- Rol van de metaalbinding
- Effect van temperatuur en legering
- Voorbeelden van kneedbare materialen
- Referenties
De maakbaarheid is een fysische eigenschap van materie die wordt gekenmerkt doordat lichamen of objecten kunnen worden vervormd door een kracht uit te oefenen zonder daarbij te barsten. Deze actie kan een hamerslag, een detonatie, de druk van een hydraulische pers of een rol zijn; op elke manier die het materiaal tot een vel platdrukt.
Vervolgens wordt de maakbaarheid in het dagelijks leven op een beruchte manier maar tegelijkertijd onopgemerkt waargenomen. Aluminiumfolie vertegenwoordigt bijvoorbeeld het vervormbare karakter van dit metaal, omdat daarmee extreem dunne en vervormbare platen door onze eigen handen worden vervaardigd.
Smeedbare metalen of legeringen maken het ontwerp van fineer of platen mogelijk om muren of constructies te bekleden. Bron: Pxhere.
Daarom is een vluchtige methode om de maakbaarheid van een materiaal te herkennen, te observeren of er vellen, platen, vellen of fineer van zijn gemaakt; hoe dunner ze zijn, het is normaal om te denken dat hoe meer kneedbaar ze zijn.
Een andere mogelijke definitie voor deze eigenschap is het vermogen van een materiaal om mechanisch te worden gereduceerd tot een 2D-lichaam, zonder te scheuren of te breken. Daarom spreken we van een plastisch gedrag, dat meestal wordt bestudeerd in metalen en legeringen, maar ook in bepaalde polymere materialen.
Hoe bepaal je de maakbaarheid? Hamer en knopen
De vormbaarheid van een materiaal kan kwalitatief worden bepaald met een hamer en eventueel een zaklamp. Uitgaande van bollen van verschillende metalen, legeringen of polymere materialen (siliconen, plasticines, enz.), Worden ze onderworpen aan hamerinslagen totdat ze voldoende zacht zijn geworden in de vorm van een plaat of een knoop.
Materiaal dat gemakkelijker te verzachten is zonder scheuren of scheuren in de bol, zal bij kamertemperatuur beter vervormbaar zijn. Als we bij het raken van de metalen bol kleine fragmenten van de zijkanten vrijgeven, wordt er gezegd dat de structuur niet bestand is tegen druk en dat deze niet kan vervormen.
Er zijn materialen die bij kamertemperatuur niet te kneedbaar zijn. Het experiment wordt herhaald door de bollen met de toorts te verwarmen op een basis die bestand is tegen hoge temperaturen. Het zal blijken dat er metalen of legeringen zijn die nu meer kneedbaar worden; fenomeen dat veel wordt gebruikt in de metallurgische industrie.
Hoe dunner deze knoppen zijn, en hoe minder breuken ze warm laten zien, des te kneedbaarder zullen ze zijn. Als de druk die door de hamer wordt uitgeoefend zou kunnen worden gekwantificeerd, zouden we absolute waarden van de maakbaarheid van dergelijke metalen hebben verkregen dankzij dit experiment en zonder toevlucht te nemen tot andere apparatuur.
Relatie met hardheid en temperatuur
Aluminium is een kneedbaar materiaal.
Uit de vorige paragraaf bleek dat, hoe hoger de temperatuur van het materiaal, de maakbaarheid in het algemeen even hoger zal zijn. Om deze reden worden metalen roodgloeiend verhit, zodat ze kunnen worden vervormd tot rollen, platen of platen.
Ook is de kneedbaarheid meestal omgekeerd evenredig met de hardheid: grotere hardheid impliceert minder kneedbaarheid.
Stel je bijvoorbeeld voor dat een van de bollen diamant is. Hoeveel je hem ook verhit met de steekvlam, bij de eerste slag van de hamer zullen je kristallen breken, waardoor het op deze manier onmogelijk wordt om een diamanten knop te maken. Harde materialen worden ook gekenmerkt door bros te zijn, wat het tegenovergestelde is van taaiheid of weerstand.
De bollen die bij de minste slagen van de hamer barsten, zijn dus harder, broos en minder vervormbaar.
Rol van de metaalbinding
Wil een lichaam kneedbaar zijn, vooral metaalachtig, dan moeten de atomen ervan zichzelf efficiënt kunnen herschikken als reactie op druk.
Ionische verbindingen hebben, zoals covalente kristallen, interacties die verhinderen dat ze zich herstellen na druk of impact; dislocaties of kristaldefecten worden groter en uiteindelijk ontstaan er breuken. Dit is niet bij alle metalen en polymeren het geval.
In het geval van metalen is de vervormbaarheid te wijten aan het unieke karakter van hun metaalbinding. De atomen worden bij elkaar gehouden door een zee van elektronen die door de kristallen tot aan hun grenzen reist, waar ze niet van het ene kristal naar het andere kunnen springen.
Hoe meer kristallijne korrels ze vinden, hoe harder (bestand tegen krassen door een ander oppervlak) het metaal zal zijn en dus hoe minder kneedbaar.
De atomen in een metallisch kristal zijn gerangschikt in rijen en kolommen, in staat om samen te glijden dankzij de mobiliteit van hun elektronen en afhankelijk van de oriëntatie van de druk (op welke as het werkt). Een rij atomen kan echter niet van het ene kristal naar het andere glijden; dat wil zeggen, de randen of korrelgrenzen spelen tegen een dergelijke vervorming.
Effect van temperatuur en legering
Vanuit atomair perspectief bevordert de temperatuurstijging de vereniging tussen de kristallijne korrels en dus het glijden van de atomen onder druk. Daarom verhoogt temperatuur de maakbaarheid van metalen.
Evenzo treedt het op wanneer metalen worden gelegeerd, omdat de nieuwe metaalatomen de korrelgrenzen verlagen, waardoor de kristallen dichter bij elkaar komen en betere interne verplaatsingen mogelijk zijn.
Voorbeelden van kneedbare materialen
Door de maakbaarheid van zilver kan het worden vervormd om er munten van te maken. Bron: Pixabay.
Niet alle materialen die in 2D worden waargenomen, zijn noodzakelijkerwijs vervormbaar, omdat ze zo zijn gesneden of vervaardigd dat ze deze vormen of geometrieën krijgen. Het is omdat de maakbaarheid de neiging heeft zich vooral op metalen te concentreren, en in mindere mate op polymeren. Enkele voorbeelden van kneedbare metalen, materialen of mengsels zijn:
-Aluminium
-Zilver
-Koper
-Blik
-Ijzer
-Staal
-Indisch
-Cadmium
-Nikkel
-Platina
-Goud
-Messing
-Bronzen
- Vernikkelde legeringen
- Heet glas
-Klei
-Siliconen
-Modder (voor het koken)
-Deegmeel
Andere metalen, zoals titanium, vereisen hoge temperaturen om vervormbaar te worden. Evenzo zijn lood en magnesium voorbeelden van metalen die niet te kneedbaar zijn, net als scandium en osmium.
Merk op dat glas, ornamenten van klei en hout kneedbare materialen zijn; Zowel glas als klei doorlopen echter stadia waarin ze vervormbaar zijn en 2D-figuren kunnen krijgen (ramen, tafels, linialen, enz.).
Met betrekking tot metalen is het een goede observatie om te bepalen hoe relatief kneedbaar ze zijn, om erachter te komen of ermee en hun legeringen munten kunnen worden gemaakt; zoals bij koperen, bronzen en zilveren munten.
Referenties
- Serway & Jewett. (2009). Fysica: voor wetenschap en techniek met moderne fysica. Deel 2. (zevende editie). Cengage leren.
- Terence Bell. (16 december 2018). Wat is smeedbaarheid in metaal? Hersteld van: thebalance.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (04 september 2019). Smeedbare definitie (smeedbaarheid). Hersteld van: thoughtco.com
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
- Nathan Crawford. (2019). Vervormbaarheid in de chemie: video met definitie en voorbeelden. Studie. Hersteld van: study.com
- Oxhill Nursery School. (2019). Smeedbare materialen. Hersteld van: oxhill.durham.sch.uk
- Encyclopedie van voorbeelden (2019). Smeedbare materialen. Hersteld van: voorbeelden.co
- Munten geveild. (2015, 29 september). Hoe worden munten gemaakt? Hersteld van: coins-auctioned.com