연성은 그들을 스트레칭 스트레스를 변형 할 수 있도록 자료의 독자적인 기술입니다 즉, 길쭉한 부분의 중간에있는 어떤 지점에서 즉각적인 파단없이 두 끝을 분리하는 것입니다. 재료가 늘어 나면 단면이 줄어들고 얇아집니다.
따라서 연성 재료는 기계적으로 실 모양 (실, 케이블, 바늘 등)으로 가공됩니다. 재봉틀에서 감긴 실이있는 보빈은 수제 연성 재료의 예를 나타냅니다. 그렇지 않으면 텍스타일 섬유가 그 독특한 모양을 결코 얻지 못했을 것입니다.
출처 : Flickr를 통한 Emilian Robert Vicol.
재료에서 연성의 목적은 무엇입니까? 도구, 장신구, 장난감을 만들기 위해 장거리 또는 매력적인 디자인을 커버 할 수있는 것; 또는 전류와 같은 일부 유체의 수송을 위해.
마지막 애플리케이션은 재료, 특히 금속의 연성에 대한 주요 예를 나타냅니다. 가는 구리선 (상단 이미지)은 좋은 전기 전도체이며 금 및 백금과 함께 작동을 보장하기 위해 많은 전자 장치에 사용됩니다.
일부 섬유는 매우 미세하여 (몇 마이크로 미터 두께) 시적 표현 인 "황금 머리카락"이 모든 진정한 의미를 갖습니다. 구리와 은도 마찬가지입니다.
입사하는 인장력에 대응하기위한 분자 또는 원자 재 배열이 없다면 연성은 가능한 속성이 아닐 것입니다. 그리고 그것이 존재하지 않았다면, 인간은 케이블, 안테나, 다리를 결코 알지 못했을 것이며, 세상은 전등없이 어둠 속에 남아있을 것입니다 (수많은 다른 결과들에 더해).
연성이란 무엇입니까?
가단성과 달리 연성은보다 효율적인 구조적 재배치를 보장합니다.
왜? 왜냐하면 장력이있는 표면이 클 때 고체는 분자 나 원자를 미끄러 져 시트 나 판을 형성하는 더 많은 수단을 갖기 때문입니다. 반면 응력이 더 작고 작은 단면에 집중 될 때 분자 슬라이딩은이 힘에 대응하기 위해 더 효율적이어야합니다.
모든 고체 또는 재료가이를 수행 할 수있는 것은 아니므로 인장 테스트를 받으면 파손됩니다. 얻은 파단은 평균 수평이며, 연성 재료의 파단은 원추형이거나 뾰족한 것으로 늘어나는 신호입니다.
연성 재료는 응력 지점을 지나도 파손될 수 있습니다. 온도가 상승하면 열이 분자 미끄러짐을 촉진하고 촉진하기 때문에 온도가 증가 할 수 있습니다 (몇 가지 예외가 있지만). 그런 다음 이러한 슬라이드 덕분에 재료가 연성을 나타낼 수 있으므로 연성이 있습니다.
그러나 재료의 연성은 습도, 열, 불순물 및 힘이 적용되는 방식과 같은 다른 변수를 포함합니다. 예를 들어, 새로 용융 된 유리는 연성이며 실 모양을 채택합니다. 그러나 냉각되면 부서지기 쉽고 기계적 충격으로 파손될 수 있습니다.
속성
연성 재료는 분자 배열과 직접 관련된 고유 한 특성을 가지고 있습니다. 이러한 의미에서 단단한 금속 막대와 젖은 점토 막대는 속성이 크게 다르더라도 연성 일 수 있습니다.
그러나 그들은 모두 공통점이 있습니다 : 깨지기 전의 소성 행동입니다. 플라스틱과 탄성체의 차이점은 무엇입니까?
탄성 물체는 가역적으로 변형되며 처음에는 연성 재료로 발생합니다. 그러나 인장력이 증가하면 변형이 되돌릴 수없고 물체가 소성이됩니다.
이 시점부터 와이어 또는 스레드는 정의 된 모양을 취합니다. 연속 연신 후에는 단면이 너무 작아지고 인장 응력이 너무 높아 분자 슬라이드가 더 이상 응력을 상쇄 할 수없고 결국 파손됩니다.
금의 경우처럼 재료의 연성이 매우 높으면 1g으로 최대 66km 길이의 1µm 두께의 와이어를 얻을 수 있습니다.
질량에서 얻은 와이어의 길이가 길수록 단면적이 더 작아집니다 (상당한 두께의 와이어를 만드는 데 많은 금이 사용되지 않는 한).
연성 금속의 예
금속은 수많은 응용 분야에서 연성 재료 중 하나입니다. 트라이어드는 금, 구리 및 백금과 같은 금속으로 구성됩니다. 하나는 금색, 다른 하나는 분홍빛이 도는 주황색, 마지막은 은색입니다. 이러한 금속 외에도 연성이 낮은 다른 금속이 있습니다.
-철
-아연
-황동 (및 기타 금속 합금)
-금
-알류미늄
-사마륨
-마그네슘
-바나듐
-강철 (탄소 조성 및 기타 첨가제에 따라 연성이 영향을받을 수 있음)
-은
-주석
-납 (그러나 특정 작은 온도 범위 내)
어떤 금속이 실제로 연성인지를 사전 실험 지식없이 확인하는 것은 어렵습니다. 연성은 순도 및 첨가제가 금속 유리와 상호 작용하는 방식에 따라 다릅니다.
또한 결정 입자의 크기 및 결정의 배열과 같은 다른 변수도 고려됩니다. 또한 금속 결합, 즉 "전자 해"에 관여하는 전자의 수와 분자 궤도도 중요한 역할을합니다.
이러한 모든 미시적 변수와 전자적 변수 사이의 상호 작용으로 인해 연성은 다 변수 분석을 통해 철저히 다루어야하는 개념이됩니다. 그리고 모든 금속에 대한 표준 규칙이 없음이 발견됩니다.
이러한 이유로 두 금속은 매우 유사한 특성을 갖지만 연성 일 수도 있고 아닐 수도 있습니다.
금속의 입자 크기 및 결정 구조
입자는 3 차원 배열에서 눈에 띄는 요철 (공극)이없는 유리 부분입니다. 이상적으로는 매우 잘 정의 된 구조로 완전히 대칭이어야합니다.
동일한 금속의 각 입자는 동일한 결정 구조를 가지고 있습니다. 즉, 콤팩트 한 육각형 구조의 금속 인 hcp는 hcp 시스템을 사용하여 결정이있는 입자를 가지고 있습니다. 이것들은 마치 마치 마치 마치 마치 마치 마치 구슬로 이루어진 비행기처럼 견인력이나 스트레칭의 힘이 있기 전에 서로 미끄러지도록 배열되어 있습니다.
일반적으로 작은 입자로 만든 평면이 미끄러질 때 더 큰 마찰력을 극복해야합니다. 크면 더 자유롭게 움직일 수 있습니다. 실제로 일부 연구자들은 결정 입자의 성장을 조절하여 특정 합금의 연성을 수정하려고합니다.
반면에 결정 구조와 관련하여 일반적으로 결정계 fcc (면 중심 입방체 또는면 중심 입방체)를 가진 금속이 가장 연성입니다. 한편, 결정 구조 bcc (바디 중심 입방체,면 중심 입방체) 또는 hcp를 갖는 금속은 연성이 떨어지는 경향이 있습니다.
예를 들어, 구리와 철은 모두 fcc 배열로 결정화되고 아연과 코발트보다 더 연성이며 둘 다 hcp 배열을 사용합니다.
금속의 연성에 대한 온도의 영향
열은 재료의 연성을 감소 시키거나 증가시킬 수 있으며 예외는 금속에도 적용됩니다. 그러나 일반적으로 금속이 부드러울수록 끊어지지 않고 실로 바꾸는 것이 더 쉽습니다.
이는 온도가 상승하면 금속 원자가 진동하여 결과적으로 입자가 통일되기 때문입니다. 즉, 여러 개의 작은 입자가 모여 하나의 큰 입자를 형성합니다.
입자가 클수록 연성이 증가하고 분자 미끄러짐은 물리적 장애가 적습니다.
어린이와 청소년을위한 연성을 설명하기위한 실험
출처 : Flickr를 통한 Doug Waldron.
연성은 현미경으로 분석하기 시작하면 매우 복잡한 개념이됩니다. 그렇다면 어린이와 청소년에게 어떻게 설명합니까? 그들이 엿보는 눈에는 가능한 한 단순하게 보입니다.
껌과 플레이 반죽
지금까지 용융 유리와 금속에 대한 이야기가 있었지만 믿을 수 없을 정도로 연성있는 다른 재료가 있습니다 : 껌과 점토 모델링.
츄잉껌의 연성을 입증하려면 두 개의 덩어리를 잡고 스트레칭을 시작하면됩니다. 하나는 왼쪽에 있고 다른 하나는 오른쪽에 있습니다. 그 결과 매달린 껌 다리가 생기고 손으로 반죽하지 않으면 원래 모양으로 돌아갈 수 없습니다.
그러나 다리가 결국 부러지는 지점이있을 것입니다 (바닥이 껌으로 더러워 질 것입니다).
위의 이미지는 구멍이있는 용기를 눌러 아이가 어떻게 플라스틱이 머리카락처럼 보이게 만드는지를 보여줍니다. 건식 퍼티는 유성 퍼티보다 연성이 적습니다. 따라서 실험은 두 개의 지렁이를 만드는 것으로 구성 될 수 있습니다. 하나는 마른 점토로, 다른 하나는 기름에 적 십니다.
아이는 기름진 벌레가 곰팡이가 생기고 두께를 희생하면서 길이를 늘리기가 더 쉽다는 것을 알 수 있습니다. 웜이 마르는 동안 여러 번 분해 될 가능성이 있습니다.
Plasticine은 또한 가단성 (보트, 게이트)과 연성 (머리카락, 벌레, 뱀, 도롱뇽 등)의 차이를 설명하는 이상적인 재료를 나타냅니다.
금속 시연
청소년들은 아무것도 조작하지 않을 것이지만, 첫 번째 줄에 구리선이 형성되는 것을 목격 할 수 있다는 것은 그들에게 매력적이고 흥미로운 경험이 될 수 있습니다. 다른 금속으로 진행하면 연성의 입증이 더욱 완전 해져서 연성을 비교할 수 있습니다.
다음으로, 모든 와이어는 끊어진 지점까지 지속적으로 늘어나야합니다. 이를 통해 청소년은 연성이 전선의 파손 저항에 미치는 영향을 시각적으로 확인할 수 있습니다.
참고 문헌
- 사례 백과 사전 (2017). 연성 재료. 출처 : examples.co
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 년 6 월 22 일). 연성 정의 및 예. 출처 : thoughtco.com
- Chemstorm. (2018 년 3 월 2 일). 연성 정의 화학. 출처 : chemstorm.com
- Bell T. (2018 년 8 월 18 일). 연성 설명 : 인장 응력 및 금속. 균형. 출처 : thebalance.com
- Dr. Marks R. (2016). 금속의 연성. 산타 클라라 대학교 기계 공학과. . 출처 : scu.edu
- 리드 D. (2018). 연성 : 정의 및 예. 연구. 출처 : study.com
- Clark J. (2012 년 10 월). 금속 구조. 출처 : chemguide.co.uk
- 케미 쿨. (2018). 금에 대한 사실. 출처 : chemicool.com
- 오늘의 자료. (2015, 11 월 18 일). 강한 금속은 여전히 연성 일 수 있습니다. 엘스 비어. 출처 : materialstoday.com