Ko na trdni predmet deluje mehansko obremenitev, je od njegove strukture odvisno, ali se deformira v različne oblike, ne da bi se zlomila ali ne. Materiali, ki se pri mehanskem pritisku zlahka deformirajo, ne da bi se zlomili, veljajo za voljne. Materiali, ki se zlahka deformirajo, če so izpostavljeni natezni napetosti, se štejejo za duktilne.
Opredelitev voljnosti
Beseda voljni prihaja iz srednjeveške latinščine malleabilis, ki je sam prišel iz izvirne latinščine malleare, kar pomeni "kladivo".
Gibljivi materiali se lahko zlahka deformirajo, ne da bi se zlomili pod mehanskim pritiskom ali "tlakom". Ker se ti materiali med preoblikovanjem ne zlomijo, jih je mogoče prisiliti v različne oblike ali tanke listi. To lahko storite s kladivom, stiskanjem ali valjanjem.
Pogost primer tempranega materiala je zlato, ki je pogosto stisnjen v zlate liste za uporabo v umetnosti, arhitekturi, nakitu in celo hrani. Med druge kovinske kovine spadajo železo, baker, aluminij, srebro in svinec, pa tudi prehodna kovina cink pri določenih temperaturah. Številni materiali, ki so zelo voljni, so tudi zelo plastični; svinec je izjema z nizko duktilnostjo in visoko gibčnostjo.
Opredelitev duktilnega
S konceptom voljnosti je tesno povezana duktilnost. Medtem ko je gibčnost povezana s tlačno napetostjo ali mehanskim pritiskom, je gibčnost povezana z natezno napetostjo ali mehanskim raztezanjem.
"Duktil" izvira iz latinske besede duktilis, kar pomeni "da je mogoče voditi ali risati."
Nekaj, kar je duktilno (včasih imenovano tudi traktilno), lahko enostavno raztegnemo ali potegnemo v tanko žico. Nodularni baker je dober primer gibljivosti in duktilnosti, saj ga je mogoče stisniti in valjati v pločevine ter raztegniti v žice.
Kovine pogosto mešamo kot zlitine, da izboljšamo njihove fizikalne lastnosti. Visokotezno jeklo je primer zlitine, ki ima večjo duktilnost kot katera koli sestavna kovina, in se pogosto uporablja v letalih, avtomobilih in drugih inženirskih aplikacijah.
Kako se kovine deformirajo
Plasti ionov v kovini se lahko premikajo in drsijo drug čez drugega, ne da bi prekinili svoje kovinske vezi; to je tisto, kar omogoča kovini, da se upogne ali raztegne, ne da bi se zlomila. Vendar nekatere trše kovine nimajo bistrih plasti in imajo kristalno strukturo z manjšimi sestavnimi enotami atomov.
Te enotne kopice atomov, imenovane zrna, imajo med seboj meje, imenovane meje zrn. Več ko je meja zrn na enoto prostornine, ki jo ima kovina, manj voljnosti ali gibčnosti bo. Namesto tega je kovina bolj krhka in se nagiba k prelomu vzdolž teh meja zrn.
Materiali so bolj voljni in bolj gibčni, če imajo dislokacije ali manjkajoče ione v strukturi plasti. Te napake se lahko premikajo skozi kristalno strukturo kovine, ko se ta deformira, kar povečuje njeno sposobnost deformacije brez lomljenja.
Ko se večina kovin segreje, njihova zrna postanejo večja. Atomi so takrat v bolj pravilni strukturi in lahko lažje zdrsnejo drug čez drugega, ne da bi pretrgali vezi. To omogoča lažjo deformacijo kovin. "Hladno obdelavo" naredi nasprotno: deformacija kovine, ko je hladna, ustvarja več meja zrn, zaradi česar je kovina trda in krhka.
Zanimivo je, da kažejo tudi nekatere kovine elastičnost. Ko je kovina zelo majhna, stresamo atome začetek da se prevrneta drug čez drugega. Toda potem, ko se stres sprosti, se atomi vrnejo v prvotni položaj. Večje količine stresa trajno spremenijo položaj atomov.