Keď sa na pevný predmet použije mechanické namáhanie, bude to závisieť od štruktúry pevného telesa, či sa deformuje do rôznych tvarov bez toho, aby sa zlomilo alebo nie. Materiály, ktoré sa ľahko deformujú bez toho, aby sa rozbili, keď sú vystavené mechanickému tlaku, sa považujú za tvárne. Materiály, ktoré sa ľahko deformujú pri namáhaní v ťahu, sa považujú za tvárné.
Definícia tvárne
Slovo tvárny pochádza zo stredovekej latinčiny malleabilis, ktorá sama pochádzala z pôvodnej latinčiny Malleare, čo znamená „kladivo“.
Kujné materiály sa dajú ľahko deformovať bez toho, aby sa pretrhli pod mechanickým tlakom alebo „tlakovým namáhaním“. Pretože sa tieto materiály pri deformácii nerozbijú, môžu byť vtlačené do rôznych tvarov alebo tenké obliečky. To je možné vykonať príklepom, lisovaním alebo valcovaním.
Bežným príkladom tvarovateľného materiálu je zlato, ktorý sa často lisuje do zlatistých listov na použitie v umení, architektúre, šperkoch či dokonca v potravinách. Medzi ďalšie kujné kovy patrí železo, meď, hliník, striebro a olovo, ako aj zinok na báze prechodného kovu pri určitých teplotách. Mnoho materiálov, ktoré sú veľmi tvarovateľné, je tiež veľmi tvárných; olovo je výnimkou, s nízkou ťažnosťou a vysokou tvárnosťou.
Definícia tvárnosti
S koncepciou tvárnosti úzko súvisí tvárnosť. Zatiaľ čo tvárnosť má do činenia s tlakovým namáhaním alebo mechanickým tlakom, ťažnosť súvisí s namáhaním v ťahu alebo mechanickým rozťahovaním.
„Tvárna“ pochádza z latinského slova ductilis, čo znamená „to môže byť vedené alebo ťahané“.
Niečo, čo je tvárné (niekedy sa tiež nazýva traktilné), možno ľahko natiahnuť alebo vytiahnuť do tenkého drôtu. Tvárna meď je dobrým príkladom tvárnosti a tvárnosti, pretože je možné ju lisovať a valcovať do plechov, ako aj roztiahnuť do drôtov.
Kovy sa často miešajú ako zliatiny, aby sa zlepšili ich fyzikálne vlastnosti. Vysokopevnostná oceľ je príkladom zliatiny, ktorá má vyššiu ťažnosť ako ktorýkoľvek z jej kovov, ktoré sú jej súčasťou, a často sa používa v lietadlách, automobiloch a iných strojárenských aplikáciách.
Ako sa deformujú kovy
Vrstvy iónov v kove sa môžu pohybovať a kĺzať po sebe bez toho, aby porušili svoje kovové väzby; to je to, čo umožňuje kovu, aby sa ohol alebo natiahol bez toho, aby sa zlomil. Niektoré tvrdšie kovy však nemajú číre vrstvy a namiesto toho majú kryštálovú štruktúru s menšími jednotkovými jednotkami atómov.
Tieto jednotkové zhluky atómov, tzv zrná, majú medzi sebou hranice nazývané hranice zŕn. Čím viac hraníc zŕn na jednotku objemu má kov, tým menšiu tvárnosť alebo tvárnosť bude mať. Kov bude namiesto toho krehkejší a bude mať sklon sa lámať pozdĺž týchto hraníc zŕn.
Materiály sú tvárnejšie a tvárnejšie, ak majú dislokácie alebo chýbajúce ióny v štruktúre vrstvy. Tieto chyby sa môžu pohybovať cez kryštálovú štruktúru kovu, keď sa deformuje, čím sa zvyšuje jeho schopnosť deformovať bez porušenia.
Keď sa väčšina kovov zahreje, ich zrná sa zväčšia. Atómy sú potom v pravidelnejšej štruktúre a môžu ľahšie skĺznuť cez seba bez toho, aby porušili svoje väzby. Toto umožňuje ľahšiu deformáciu kovov. „Spracovanie za studena“ robí pravý opak: Deformovaním kovu za studena sa vytvárajú ďalšie hranice zŕn, vďaka čomu je kov tuhý a krehký.
Je zaujímavé, že sa prejavujú aj niektoré kovy pružnosť. Ak je na kov, jeho atómy, pôsobené veľmi malé napätie začať pretáčať sa cez seba. Ale potom, keď sa stres uvoľní, atómy sa vrátia do svojej pôvodnej polohy. Väčšie množstvo stresu trvale mení polohy atómov.