Duktilitet – definition, skillnad mot formbarhet och exempel på metaller
Duktilitet vs formbarhet: Förklaring, skillnader och metallexempel (guld, koppar, aluminium, stål). Tydlig guide om plasticitet och materialegenskaper.
Duktilitet är ett materials förmåga att töjas eller sträckas ut under dragspänning utan att brott uppstår. Ett duktilt material kan ofta dras ut till en fin tråd eller göras mycket längre innan det går sönder. Formbarhet, en besläktad egenskap, beskriver istället hur ett material deformeras under tryck (tryckspänning) — till exempel att plattas till genom hamring eller valsning.
Båda dessa egenskaper är aspekter av plasticitet: hur mycket ett fast material kan deformeras permanent utan att gå sönder. Plasticitet är särskilt tydlig i metaller och påverkas starkt av temperatur, belastningshastighet och materialets mikrostruktur. Detta område undersöktes grundligt av Percy Williams Bridgman, vilket ingick i hans Nobelprisbelönade arbete om höga tryck från 1946.
Mätning och enheter
Duktilitet kvantifieras ofta med hjälp av mekaniska provningar, framförallt dragprovning. De två vanliga måtten är:
- Förlängning vid brott (vanligtvis anges i procent) — hur mycket provkroppen förlängts i förhållande till ursprunglig längd när den brister.
- Reducerad area — procentuell minskning av tvärsnittsarean vid brott (ett mått på neckning före brott).
Dessa värden rapporteras i standarder (t.ex. EN/ISO eller ASTM) och används för att jämföra material i konstruktionssammanhang.
Mekanismen bakom duktilitet
Duktilitet beror i grunden på rörlighet hos dislokationer i materialets kristallstruktur. När dislokationer kan röra sig lätt genom kristallgittret kan materialet glida och deformeras plastiskt i stället för att spricka. Metallers kristallstruktur påverkar detta starkt: FCC-strukturer (t.ex. guld, koppar, aluminium) har många glideplan och är därför i allmänhet mycket duktila, medan vissa BCC-metaller kan vara sprödare vid låga temperaturer.
Andra faktorer som påverkar duktilitet är:
- Temperatur — högre temperaturer ökar normalt duktiliteten.
- Hastigheten för belastning — snabba stötar kan minska duktiliteten.
- Legeringar och föroreningar — tillsats av andra ämnen kan göra materialet hårdare men mindre duktilt.
- Arbetshärdning och glödgning — kallbearbetning minskar ofta duktiliteten, medan glödgning kan återställa den.
Skillnad mot formbarhet (duktilitet vs formbarhet)
Duktilitet och formbarhet används ibland synonymt i vardagligt tal, men tekniskt skiljer man dem åt genom typen av belastning:
- Duktilitet — förmåga att tåla dragspänning och sträckas utan brott (t.ex. dras till tråd).
- Formbarhet — förmåga att deformeras under tryck (t.ex. pressning, valsning) utan sprickbildning.
De kan förekomma tillsammans men behöver inte göra det; Guld har både hög duktilitet och formbarhet, medan bly är ett exempel på ett material med låg duktilitet men hög formbarhet (det kan lätt plattas ut men dras inte mycket).
Exempel på metaller och tillämpningar
Metaller med hög duktilitet som ofta nämns är guld, koppar, aluminium och vissa typer av stål. Sådana metaller används där man behöver stor formbarhet eller möjlighet att dra tråd, till exempel:
- Elektriska ledningar och kablar (koppar, aluminium).
- Smycken och guldsmedsarbete (guld, silver).
- Plåtformning i bil- och byggindustrin (aluminium, duktila stål).
Vissa metaller och legeringar är däremot mer benägna att spricka utan tydlig plastisk deformation — dessa kallas spröda och används inte där stor töjning krävs.
Praktiska och säkerhetsmässiga aspekter
Duktila material ger ofta en fördel i säkerhetskritiska konstruktioner eftersom de visar tydliga varningstecken (till exempel necking eller stor permanent deformation) innan slutligt brott inträffar. Spröda brott kan däremot ske plötsligt och utan föregående varning, vilket kan vara farligt i bärande konstruktioner. Ingenjörer väljer därför material och designer med hänsyn till både duktilitet och seghet (toughness).
Sammanfattning
Duktilitet är en viktig mekanisk egenskap som beskriver ett materials förmåga att töjas under dragspänning. Den skiljer sig från formbarhet som gäller deformation under tryck. Båda är former av plasticitet och påverkas av mikrostruktur, temperatur, belastningshastighet och legeringssammansättning. Förståelse för duktilitet är central vid materialval, konstruktion och tillverkning.
Notera att ordet duktilitet i viss litteratur ibland används mer generellt för plasticitet och kan då omfatta även formbarhet.
Detta dragprov på gjutjärn visar på låg duktilitet.
Dragprovning av en aluminiumlegering. Den lokala inskjutningen och brottytorna med kopp- och kägelformade brottytor är typiska för duktila metaller.
Relaterade sidor
Frågor och svar
F: Vad är duktilitet?
S: Duktilitet är när ett fast material sträcker sig under dragspänning.
F: Vad är formbarhet?
S: Formbarhet är ett materials förmåga att deformeras under tryck (tryckspänning).
F: Kan ett duktilt material sträckas till en tråd?
S: Ja, ett duktilt material kan sträckas till en tråd.
F: Kan ett formbart material plattas till genom hamring eller valsning?
Svar: Ja, ett formbart material kan plattas till genom hamring eller valsning.
F: Vad är plasticitet?
S: Plasticitet är hur långt ett fast material kan deformeras utan att gå sönder.
F: Går duktilitet och formbarhet alltid hand i hand?
S: Nej, duktilitet och formbarhet går inte alltid hand i hand. Guld har hög duktilitet och formbarhet, men bly har låg duktilitet och hög formbarhet.
F: Vilka metaller har hög duktilitet?
S: Guld, koppar, aluminium och stål har hög duktilitet.
Sök