Was ist die Formbarkeit im Metall?

Die Formbarkeit ist eine physikalische Eigenschaft von Metallen, die die Fähigkeit definiert, gehämmert, gepresst oder zu dünnen Blechen gewalzt zu werden, ohne zu brechen. Mit anderen Worten ist es die Eigenschaft eines Metalls, sich unter Kompression auf eine andere Form zu verformen.

Die Formbarkeit eines Metalls kann daran gemessen werden, wie viel Druck (Druckspannung) es aushalten kann, ohne zu brechen. Unterschiede in der Verformbarkeit zwischen verschiedenen Metallen sind auf Unterschiede in ihren Kristallstrukturen zurückzuführen.

Die Druckspannung zwingt die Atome, sich in neue Positionen zu rollen, ohne ihre metallische Bindung zu verlieren. Wenn eine große Menge an Spannung auf ein formbares Metall ausgeübt wird, rollen die Atome übereinander und bleiben dauerhaft in ihrer neuen Position.

Beispiele für verformbare Metalle sind:

• Gold
• Silber
• Eisen
• Aluminium
• Kupfer
• Zinn
• Indium
• Lithium

Beispiele für Produkte, die die Formbarkeit demonstrieren, sind Blattgold, Lithiumfolie und Indium.

Verformbarkeit und Härte

Die Kristallstruktur härterer Metalle wie Antimon und Wismut macht es schwieriger, Atome in neue Positionen zu pressen, ohne zu brechen. Dies liegt daran, dass sich die Atomreihen im Metall nicht aufreihen. Mit anderen Worten existieren mehr Korngrenzen und Metalle neigen dazu, an Korngrenzen zu brechen. Korngrenzen sind Bereiche, in denen Atome nicht so stark miteinander verbunden sind. Je mehr Korngrenzen ein Metall hat, desto härter, spröder und daher weniger formbar wird es sein.

Verformbarkeit versus Duktilität

Während Verformbarkeit die Eigenschaft eines sich unter Druck verformenden Metalls ist, ist die Duktilität die Eigenschaft eines Metalls, dass es sich ohne Beschädigung dehnen kann.

Kupfer ist ein Beispiel für ein Metall, das sowohl eine gute Duktilität (es kann zu Drähten gestreckt werden) als auch eine gute Formbarkeit (es kann auch zu Bahnen gewalzt werden) aufweist.

Während die meisten formbaren Metalle auch duktil sind, können die beiden Eigenschaften exklusiv sein. Blei und Zinn zum Beispiel sind bei Kälte formbar und duktil, werden aber spröde, wenn die Temperaturen in Richtung ihrer Schmelzpunkte ansteigen.

Die meisten Metalle werden jedoch beim Erhitzen verformbarer. Dies ist auf den Effekt zurückzuführen, den die Temperatur auf die Kristallkörner in Metallen hat.

Kontrolle von Kristallkörnern über die Temperatur

Die Temperatur hat einen direkten Einfluss auf das Verhalten von Atomen, und in den meisten Metallen führt Wärme zu Atomen mit einer regelmäßigeren Anordnung. Dies reduziert die Anzahl der Korngrenzen, wodurch das Metall weicher oder formbarer wird.

Ein Beispiel für den Einfluss der Temperatur auf Metalle ist Zink, ein sprödes Metall unter 300 ° F (149 ° C). Wenn Zink jedoch über diese Temperatur erhitzt wird, kann es so biegsam werden, dass es zu Bahnen gerollt werden kann.

Im Gegensatz zum Effekt der Wärmebehandlung führt die Kaltbearbeitung (ein Verfahren, bei dem durch Walzen, Ziehen oder Pressen ein kaltes Metall plastisch verformt wird) dazu, dass kleinere Körner entstehen, die das Metall härter machen.

Über die Temperatur hinaus ist das Legieren ein weiteres gebräuchliches Verfahren zur Steuerung der Korngrößen, um Metalle verarbeitungsfähiger zu machen. Messing, eine Legierung aus Kupfer und Zink, ist härter als beide Einzelmetalle, da seine Kornstruktur widerstandsfähiger gegen Druckbeanspruchung ist und versucht, die Reihen von Atomen zu zwingen, sich in neue Positionen zu verschieben.

Quellen

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