Wat is kneedbaarheid in metaal?
ML Harris/Getty Images
Kneedbaarheid is een fysieke eigenschap van metalen die hun vermogen definieert om tot dunne platen te worden gehamerd, geperst of gerold zonder te breken. Met andere woorden, het is de eigenschap van een metaal om onder druk te vervormen en een nieuwe vorm aan te nemen.
De kneedbaarheid van een metaal kan worden gemeten door hoeveel druk (drukspanning) het kan weerstaan zonder te breken. Verschillen in kneedbaarheid tussen verschillende metalen zijn te wijten aan variaties in hun kristalstructuren.
Smeedbare metalen
Op moleculair niveau dwingt compressiespanning atomen van smeedbare metalen om over elkaar heen te rollen naar nieuwe posities zonder hun metaalbinding te verbreken. Wanneer er een grote hoeveelheid spanning wordt uitgeoefend op een smeedbaar metaal, rollen de atomen over elkaar en blijven ze permanent in hun nieuwe positie.
Voorbeelden van smeedbare metalen zijn:
Producten gemaakt van deze metalen kunnen ook kneedbaarheid vertonen, waaronder bladgoud, lithiumfolie en indiumshot.
Kneedbaarheid en hardheid
De kristalstructuur van hardere metalen, zoals antimoon en bismut , maakt het moeilijker om atomen in nieuwe posities te drukken zonder te breken. Dit komt omdat de rijen atomen in het metaal niet op één lijn liggen.
Met andere woorden, er zijn meer korrelgrenzen, dit zijn gebieden waar atomen niet zo sterk verbonden zijn. Metalen hebben de neiging om bij deze korrelgrenzen te breken. Daarom, hoe meer korrelgrenzen een metaal heeft, hoe harder, brozer en minder kneedbaar het zal zijn.
Kneedbaarheid versus ductiliteit
Hoewel kneedbaarheid de eigenschap is van een metaal waardoor het onder druk kan vervormen, ductiliteit is het eigendom van een metaal waardoor het kan uitrekken zonder schade.
Koper is een voorbeeld van een metaal dat zowel een goede ductiliteit heeft (het kan worden uitgerekt tot draden) als een goede kneedbaarheid (het kan ook tot platen worden gerold).
Hoewel de meeste smeedbare metalen ook ductiel zijn, kunnen de twee eigenschappen exclusief zijn. Lood en tin, bijvoorbeeld, zijn kneedbaar en kneedbaar als ze koud zijn, maar worden steeds brozer als de temperatuur begint te stijgen naar hun smeltpunt.
De meeste metalen worden echter kneedbaarder bij verhitting. Dit komt door het effect dat temperatuur heeft op de kristalkorrels in metalen.
Kristalkorrels onder controle houden door temperatuur
Temperatuur heeft een direct effect op het gedrag van atomen, en in de meeste metalen resulteert warmte in atomen met een meer regelmatige rangschikking. Dit vermindert het aantal korrelgrenzen, waardoor het metaal zachter of kneedbaarder wordt.
Een voorbeeld van het effect van temperatuur op metalen is te zien met: zink , wat een bros metaal is onder 300 graden Fahrenheit (149 graden Celsius). Wanneer het echter boven deze temperatuur wordt verwarmd, kan zink zo kneedbaar worden dat het tot platen kan worden gerold.
Koud werken staat in tegenstelling tot hittebehandeling . Dit proces omvat het walsen, trekken of persen van een koud metaal. Het resulteert meestal in kleinere korrels, waardoor het metaal harder wordt.
Naast temperatuur is legeren een andere veelgebruikte methode om korrelgroottes te regelen om metalen beter verwerkbaar te maken. Messing , een legering van koper en zink, is harder dan beide afzonderlijke metalen omdat de korrelstructuur beter bestand is tegen drukspanning.