Proč jsou kovy tvárné a tvárné?

Pojďme tedy porovnat s keramikou, která – stejně kovy jsou obecně tvárné – jsou obecně křehké.

Nejprve si všimněte, že krystaly (a kovy i keramika jsou obecně polykrystalické) se mohou deformovat dislokačním pohybem. Dislokace je vada čáry, která nese plastičnost skrz krystal. Klasická analogie spočívá v pohybu koberce tím, že se vrásek nakopne po jeho délce. Není třeba deformovat celý krystal najednou; stačí zamést jednu (nebo více) dislokací skrz materiál a rozbít relativně malý počet vazeb najednou.

Zde je jednoduchá ilustrace zakřivené dislokace nesoucí smykové napětí skrz krystal; průchod dislokace ponechává nový trvalý krok:

Je to tedy velmi pohodlný způsob, jak dosáhnout trvalé deformace. Je však mnohem snazší tyto vazby rozbít v kovech než v keramice, protože kovové vazby v prvním jsou slabší než iontové / kovalentní vazby v druhý (o čemž svědčí skutečnost, že keramika je obecně žáruvzdorná, tj. má vysoké teploty tání). Zejména delokalizovaná povaha elektronů v kovech umožňuje snadno vyklouznout dislokaci . To se rovná tažnosti / tvárnosti. (Oba pojmy jsou pro tuto diskusi identické; liší se pouze v typu zatěžovacích podmínek, které vedou ke snadné deformaci.)

Navíc v kovech s krychlovou krystalickou strukturou orientovanou na obličej (myslete na zlato nebo měď), strukturální symetrie poskytuje mnoho možných skluzových rovin , po kterých se dislokace mohou snadno šířit. To odpovídá ještě větší tažnosti / tvárnosti.

Zde je ukázka krychlové struktury zaměřené na obličej; těsné balení atomů ve více rovinách umožňuje dislokacím přeskakovat jen na krátké vzdálenosti, což značně usnadňuje jejich průchod :

Naopak dislokační pohyb je v keramice tak silně bráněn (protože vazby jsou směrové a náboje jsou pevně fixovány), že může trvat méně energie, aby se jednoduše rozbily všechny vazby najednou, což odpovídá hromadnému lomu a křehkosti.

Jedním z důsledků těchto mikroskopických rozdílů mezi kovy a keramikou je způsob, jakým reagují na praskliny nebo vady. Ostrá trhlina vytváří koncentraci napětí, v podstatě proto, že pole napětí se musí kolem něj ostře otáčet. V kovu tato koncentrace napětí není “ velký problém – některé dislokace se budou pohybovat, což bude mít za následek plastickou deformaci a otupení trhliny ti p. Tato možnost je v keramice mnohem méně pravděpodobná kvůli překážkám dislokačního pohybu. Může být jednodušší trvale rozbít vazby a vytvořit novou otevřenou plochu v dříve vysoce namáhané oblasti. Toto je mechanismus šíření trhlin a pokud se trhlina šíří dál, dojde k hromadnému lomu.

Komentáře

• Jsou kovy opravdu polykrystalické? Co jsou pak jednotlivé krystaly?
• Téměř veškerý kov, se kterým se setkáváme, je polykrystalický.

Kovy jsou tvárné a tvárné kvůli kovovým vazbám. Kovová vazba se liší od iontové a kovalentní vazby. Kovová vazba je vlastní typ vazby. Kovové vazby jsou popsány v moderní teorii vazeb tím, že se na každý atom aplikuje Schrodingerova rovnice a atomy se přibližují a přibližují, aby vytvořily tolik vlnových funkcí jako je počet atomů. Existuje vazby a protibondové vlnové formace popisující možné vlnové funkce. Všechny tyto tvoří možné energie pásma. Vazby v krystalové struktuře drží strukturu pohromadě pouze tehdy, pokud je průměrný stav vázané energie nižší než izolované stavy. Kovy mají průměrnou strukturu vázané energie nižší než izolované atomy. Je třeba znát hladinu fermi, aby nějak zjistil, co se děje vedle valenčních elektronů v kovu. Lze vyhledat tabulky pro tuto energetickou hladinu různých zajímavých kovů. Energetická hladina fermi je nejvyšší energií stav všech spárovaných elektronů při absolutní nule. Při absolutní nule jsou všechny elektrony uvnitř spárovány a postupně vyplňují obsazitelné stavy od spodní energie po Fe rmi energie. Když se kov zahřeje, elektrony se mohou přesunout do vyšších energetických stavů až na úroveň vakua, což je nejvyšší možný antibond ve struktuře. Za úrovní vakua je elektron vyhozen z kovu.Fermi-energie je důležitá, protože je zázračně průměrnou energií elektronů v kovové struktuře nad absolutní nulou. V kovech existuje vodivé pásmo, protože se všechny orbitaly překrývají a vnější elektron má velmi nízkou úroveň ionizace. Pásmo vedení je velmi blízko k úrovni energie fermi. K narušení elektronů do vyšších vodivých stavů energie je zapotřebí velmi malého rozdílu tepla nebo potenciálu, aby se pohybovaly uvnitř jeho struktury. Rozdíl mezi energií fermi a vodivým pásmem je volně známý jako Band Gap. Ve vodičích Band Gap ve skutečnosti neexistuje, protože se orbitaly překrývají a sdílejí pohyblivý elektron. Orbitální překrývající se a pohyblivý elektron vytváří kontinuální energetické spektrum. Elektronům je nepřetržitě dovoleno zaujímat vyšší energetické stavy. atomy jsou nižší než jeden atom a jeden atom musí ionizovat elektron, aby vytvořil vazbu. Pokud jste obeznámeni s pracovní funkcí kovu (úroveň energie Fermi + energie fotonu k vysunutí elektronu). vodivé pásmo je mezi tímto bodem a úrovní fermi, ale v řádu něčeho dostatečně malého, co umožňuje elektronu velmi snadno se pohybovat po struktuře a nikdy nepatří k určitému atomu. Avšak vodivé pásmo může být přímo na úrovni fermi. Kvantově mechanicky jsou elektrony v kovové struktuře reprezentovány jako pohybující se vlny. Je známo, že ve struktuře vytvářejí jakýsi elektronový mrak, který lepí atomy spolu s coulombickou přitažlivostí mezi atomy ionizovaným kladným iontovým nábojem. Můžete si představit koule úhledně naskládané s dokonalými vrstvami a kubickou formou s typem mraku, který ji drží pohromadě. Jak se elektrony pohybují, vytvářejí díru a toto je nové umístění pro jiný elektron. Elektrony se pohybují náhodně nebo imputovanou energií. V průměru je vždy dostatek elektronového náboje, aby se věci spojily, protože náhodně existuje určitý průměr, který by chtěl zaplnit díru nebo vnější energii, kterou mají elektrony směr do díry ze zdroje dále dozadu. Tvárnost a tvárnost jsou výsledkem kovového spojení. Protože se elektrony mohou pohybovat dostatečně snadno, lze s kovovými atomy manipulovat tak, aby se posunuly požadovaným způsobem, a nic neomezuje elektronový mrak v pohybu zpět kolem posunutých atomů. Zdá se, že díky tomuto fenoménu je možné tvárnost a tvárnost. Síla materiálu souvisí se zarovnáním krystalických útvarů. tj. Kov chce začít v jednom celku jako krystalická formace. Proto měkčený metel během procesu pomalého chlazení měkne. Atomy se snaží formovat do dokonalého krystalu. Ale protože se dostatečně rychle zahřívá a ochladí, tato krystalová struktura se rozpadne na subkrystalické struktury (struktura tvořená více než jednou menší krystalovou strukturou). Pravděpodobně kvůli principům tepelné dynamiky. Možná, že rázy elektronového mraku z teplejších do chladnějších oblastí se dějí přirozenými způsoby, aby vytvořily dostatek síly podél určitých míst, aby se věci posunuly úměrně kolektivní síle subkrystalů? Bez ohledu na to tento proces dává celému kovu silnější a křehčí účinek. Poté se elektrony mohou driftovat kolem kalené oceli jako dříve, ale dráhy se změnily. Pro tvárnost a tažnost je stav krystalové struktury pravděpodobně zprůměrován tak, aby byla zachována stejná původní tvorba krystalů, ale hladiny se zvětšují (tj. Spodní / horní / sousední úrovně). Elektrony tečou kolem prosklené struktury, jako by se během procesu a po něm nic nelišilo. Tlak však vytváří teplo a toto teplo nutí atom, aby zůstal ve vyšších energetických stavech (v průměru). Vyšší stavy jsou anti-vázané stavy, takže neexistuje atom lepidla, který drží atom k jeho sousedům, dokud není síla odstraněna. Když se kov zahřeje, zvyšuje se počet anti-vázané elektronové energie a je snazší manipulovat s ocelí do požadovaného tvar, protože elektrony se chtějí driftovat do chladnějších oblastí. Takže množství lepidla v zahřáté struktuře klesá úměrně s množstvím tepla. Tvařitelnost a tažnost zní velmi podobně, protože zahrnují stejné množství ohřevu nebo chlazení.

Komentáře

• Přečetl jsem si celou vaši odpověď, vidím, že má dvě nelibosti. Zatímco výše uvedená chemomechanika je lepší, protože je jasnější, kratší a lepší organizovaný, myslím, že vaše odpověď není špatná. Problém je v tom, že je to tento ošklivý blok textu, vždy udělejte prostor každých pár vět, aby byl čitelnější. Jak jsem řekl (napsal) dříve, ve vašem příspěvku byly dobré znalosti, kdyby se vám podařilo tyto informace dodat v hezčím “ balíčku “ si myslím, že byste dostali hlasy místo hlasů dolů.
• Můžete prosím přidat nějaké formátování odstavce?