Пластичность металлов

Пластичность металла — это свойство, которое возникает в результате воздействия на материал высокой температуры. При этом происходит его деформация или растяжение, но не разрушение. Об особенностях этого свойства металла и возможностях его применения в промышленности вы узнаете в этой статье.

Что такое пластичность металлов?

Пластичность — это способность металла изменяться под влиянием внешних факторов и сохранять изменения после завершения воздействия. Данное свойство также называется обратной упругостью металла. Благодаря ему металлы поддаются обработке: штамповке, ковке и т. д.

Пластичность зависит от температуры, до которой осуществляется нагрев материала. При ее повышении уровень пластичности возрастает, а при снижении — уменьшается. При взаимодействии с материалами, отличающимися пластичностью при комнатной температуре, следует соблюдать осторожность. Возрастает риск их разрушения при охлаждении до минусовых показателей температуры.

Большинство видов металлов отличаются высокой или низкой пластичностью. Это свойство активно используется в производственных целях. Так, например, кузовы транспортных средств изготавливаются из материалов с уровнем пластичности, достаточным для того, чтобы придать им нужную форму.

Свойство пластичности металла напрямую связано с соотношением направления, в котором была приложена сила, и направлением, в котором осуществлялась прокатка материала. Катаные металлы имеют свойство направленности из-за удлинения структурных кристаллов/зерен вдоль прокатки. Таким образом, пластичность увеличивается в том же направлении.

В поперечном направлении уровень прочности металла уменьшается до 30%. Пластичность в этом же направлении может снизиться примерно на половину.

Факторы, которые могут влиять на пластичность материала

На уровень пластичности металла могут оказывать влияние следующие факторы:

Химический состав материала

Уровень пластичности металла зависит от его чистоты. Сплавы менее пластичны, чем чистый материал. В качестве примера можно привести медь. Она более пластична, чем бронза, которая является многокомпонентным сплавом.

На уровень пластичности также влияют составляющие сплава:

• Повышенная концентрация углерода снижает уровень пластичности. Сталь, содержащая более 1,5% этого вещества, сложнее поддается ковке.
• Пластичность металла снижает кремний.
• Никель и ванадий делают легированную сталь более пластичной.
• Хрупкость материала повышают сера и железо.
• Под воздействием фосфора повышается прочность металла, однако материал приобретает хладноломкость, вызванную уменьшением пластичности при понижении температурного режима.

Упругость снижают поры, трещины, пузырьки в материале.

Температура

Температурный режим напрямую влияет на уровень пластичности металла. Однако важно учитывать тип материала. Так, малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали становятся более пластичными при повышении температуры. В то же время высокоуглеродистые стали становятся более пластичными при снижении температурного режима.

У некоторых сплавов уровень пластичности меняется в определенном диапазоне температур. Так, например, в интервале от +800 до + 1 000 °С снижается пластичность технического железа. При достижении градуса плавления металла увеличивается его хрупкость. При температуре от +100 °С до +300 °С прочность углеродистой стали возрастает, а уровень пластичности становится ниже.

Скорость деформации

Скорость деформации предполагает изменение ее степени за определенное время. Повышение скорости деформации материала ухудшает его пластичность. Особенно сильно это свойство проявляется в случае с высоколегированной сталью, сплавами меди и магния. С одной стороны, деформация приводит к упрочнению материала, с другой — к рекристаллизации. При увеличении скорости деформации процесс упрочнения происходит быстрее, чем разупрочнения. Если скорость деформации значительно возрастает, уровень пластичности металла начинает повышаться. Это связано с увеличением температуры в результате выработки теплоты при деформации.

Напряженное состояние

Оно определяется схемой расположения главных напряжений, действующих в небольших объемах деформируемого материала. Главными напряжениями являются те, которые действуют на 3-х площадках, расположенных перпендикулярно друг другу, где напряжения по касательной взаимно уничтожаются. Схем расположения главных напряжений 9: 2 — линейные, 3 — плоские, 4 — объемные. При обработке давлением появляются следующие объемные схемы:

• Трехосное сжатие. Происходит распространение напряжений по 3-м осям. Трехосное сжатие появляется в ходе прокатки, ковки, прессования, объемного штампования.
• Напряженное состояние. Происходит, когда 2 оси имеют напряжение сжатия, а 1 — растяжения. Может возникать в результате листовой штамповки и волочения.

Какие металлы характеризуются наибольшей пластичностью?

Наиболее высокая пластичность у платины, золота и меди. Чуть меньшие показатели имеют следующие материалы:

• сталь (уровень пластичности зависит от наличия добавок и углеродистого состава);
• латунь;
• свинец.

Уровень пластичности материала возможно определить только путем применения имеющихся знаний либо экспериментальным путем. Это свойство зависит от того, как разные добавки взаимодействуют с металлом, а также от того, насколько чист его состав.

На пластичность также оказывает влияние количество электронов и молекулярных орбиталей, участвующих в связях материала. Кроме того, играет роль расположение кристалла, размер зерен. Важно учитывать, что стандартной схемы определения пластичности материала не существует. Даже металлы со схожими свойствами могут иметь разную пластичность, поэтому при определении этого свойства необходимо учитывать множество параметров.