Duktilitet: Definition og forskel fra formbarhed i metaller
Lær forskellen mellem duktilitet og formbarhed i metaller — betydning, påvirkning fra temperatur og tryk samt konkrete eksempler som guld, bly, kobber og aluminium.
Duktilitet er et materiales evne til at strække sig under trækspænding uden at briste. Hvis et materiale er duktilt, kan det strækkes til en tråd. Formbarhed, en beslægtet egenskab, beskriver et materiales evne til at deformere sig under tryk (trykspænding); et formbart materiale kan gøres fladt ved at blive hamret eller valset. Begge egenskaber er aspekter af plasticitet, det vil sige hvor meget et fast materiale kan deformeres uden at briste. Disse egenskaber er almindelige i metaller og afhænger af temperatur, belastningshastighed og indre struktur i materialet. Arbejdet med høje tryk og materialers opførsel under ændrede forhold blev bl.a. undersøgt af Percy Williams Bridgman, som modtog Nobelprisen i 1946 for sine studier (modtog Nobelprisen i).
Måling og test
Duktilitet måles ofte ved en trækprøve, hvor et prøveemne trækkes, indtil det brister. De mest anvendte mål er:
- Forlængelse (percentuel): (Lf − L0) / L0 × 100 %, hvor L0 er oprindelig længde og Lf er længden ved brud. Høj procent betyder høj duktilitet.
- Reduktion af tværsnitsareal: (A0 − Af) / A0 × 100 %, som angiver hvor meget prøvens tværsnit er formindsket før brud (necking).
Resultaterne fra trækprøver hjælper ingeniører med at vurdere, om et materiale vil give synlige advarsler (plastisk deformation, necking) før svigt, eller om det vil gå pludseligt i stykker som et sprødt materiale.
Forskellen mellem duktilitet og formbarhed
Duktilitet og formbarhed bruges nogle gange i flæng, men de er ikke identiske:
- Duktilitet handler primært om evnen til at strække sig under træk (tension).
- Formbarhed (malleability) beskriver evnen til at deformeres under tryk (kompression), fx ved valsning eller hamring.
Duktilitet og formbarhed følger ikke altid hinanden: Guld har både høj duktilitet og høj formbarhed, mens bly har relativt lav duktilitet men høj formbarhed. Ordet duktilitet bruges dog nogle gange bredere til at dække begge former for plasticitet.
Hvorfor nogle materialer er mere duktille
Duktilitet kontrolleres af flere faktorer:
- Krystalstruktur: Metaller med tætpakket fladsentreret fase (FCC), som guld, kobber og aluminium, har mange glideplan og udviser typisk høj duktilitet. Body-centered cubic (BCC) metaller som nogle stållegeringer kan være mere temperaturfølsomme og udvise en duktil-til-sprød overgang ved lave temperaturer.
- Dislokationsbevægelse: Plastik deformation sker gennem bevægelse af dislokationer. Materialer med let bevægelige dislokationer er mere duktille.
- Temperatur: Højere temperatur øger normalt duktiliteten; lav temperatur kan føre til sprødt brud (duktil-sprød overgang).
- Belastningshastighed: Hurtig belastning reducerer ofte duktiliteten.
- Legeringselementer, urenheder og kornstørrelse: Små ændringer i sammensætning og mikrostruktur (fx fine vs grove korn) påvirker betydeligt plastisk opførsel, hærdning og sejhed.
- Varmebehandling og forarbejdning: Arbejdshærdning (kold arbejde) mindsker ofte duktiliteten, mens annealing kan genoprette den.
Praktiske konsekvenser og eksempler
Materialers duktilitet har stor betydning i konstruktion og produktion. Duktile materialer giver ofte synlige advarsler (deformerer sig) før brud, hvilket er ønskværdigt i mange sikkerhedskritiske anvendelser. Sprøde materialer kan fejle pludseligt uden forvarsel.
Eksempler på metaller med høj duktilitet er guld, kobber, aluminium og visse ståltyper. Stål dækker et bredt spektrum: nogle stål er meget duktille, andre (især støbejern og nogle højstyrke legeringer) kan være sprøde, afhængig af sammensætning og behandling. Bly er bemærkelsesværdigt formbart men har relativt lav duktilitet i træk.
Brudmønstre og sikkerhed
Duktile brud karakteriseres ved betydelig plastisk deformation og nakning før brud; mikroskopisk ses ofte granuleret overflade og tråde af materiale. Sprøde brud er glatte, uden større plastisk deformation, og sker ofte pludseligt. Derfor er forståelse af duktilitet vigtig i materialevalg for at undgå uventede og farlige svigt i strukturer og komponenter.
For praktiske materialevalg bør man altid konsultere standardiserede prøvningsdata (fx fra producent eller standardorganer) og tage højde for driftstemperatur, belastningsforhold og ønsket sikkerhedsniveau.
Trækprøvning af en aluminiumslegering. Den lokale indsnævring og brudfladerne i form af kop og kegle er typiske for duktile metaller.
Denne trækprøve af støbejern viser lav duktilitet.
Relaterede sider
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er duktilitet?
A: Duktilitet er, når et fast materiale strækker sig under trækbelastning.
Q: Hvad er formbarhed?
A: Formbarhed er et materiales evne til at deformere sig under tryk (trykspænding).
Spørgsmål: Kan et duktilt materiale strækkes til en tråd?
A: Ja, et duktilt materiale kan strækkes til en tråd.
Spørgsmål: Kan et formbart materiale gøres fladt ved hamring eller valsning?
A: Ja, et formbart materiale kan fladtrykkes ved hamring eller valsning.
Spørgsmål: Hvad er plasticitet?
A: Plasticitet er, hvor meget et fast materiale kan deformeres uden at briste.
Spørgsmål: Går duktilitet og formbarhed altid hånd i hånd?
A: Nej, duktilitet og formbarhed går ikke altid hånd i hånd. Guld har en høj duktilitet og formbarhed, men bly har en lav duktilitet og en høj formbarhed.
Sp: Hvilke metaller har en høj duktilitet?
Svar: Guld, kobber, aluminium og stål har høj duktilitet.
Søge