Smeedbaarheid Uitgelegd: Hoe Metalen Buigen en Vormen

De vermogen van een materiaal om een dunne blad te vormen door te blazen of te walsen is een klassieke indicator van smeedbaarheid. Niet-metalen bezitten deze eigenschap niet. Wanneer ze met een hamer worden geslagen, buigen en draaien smeedbare metalen in diverse vormen, maar niet-smeedbare metalen kunnen in fragmenten bersten. Goud, ijzer, aluminium, koper, zilver en lood zijn voorbeelden van smeedbare metalen.

In dit artikel zult u de smeedbaarheid van metalen begrijpen, aangezien de antwoorden op de volgende vragen worden besproken:

• Wat is smeedbaarheid?
• Wat zijn voorbeelden van smeedbare metalen?
• Hoe werkt smeedbaarheid?
• Zijn niet-metalen smeedbaar?
• Wat is het verschil tussen smeedbaarheid en rekbaarheid?
• Smeedbaarheid vs hardheid
• Wat is het effect van temperatuur op smeedbaarheid?
• Wat is het effect van legeren op smeedbaarheid?
• Hoe meet men smeedbaarheid?

Wat is smeedbaarheid?

De neiging van metalen om te worden gehammert, geperst of gewalst tot dunne bladen zonder te breken, wordt aangeduid als smeedbaarheid. Met andere woorden, de capaciteit van een metaal om te vervormen en een nieuwe vorm aan te nemen wanneer het gecomprimeerd wordt. De hoeveelheid druk (drukspanning) die een metaal kan weerstaan zonder te breken, is een maat voor de smeedbaarheid. Verschillende metalen hebben verschillende kristalstructuren, wat verschillen in smeedbaarheid veroorzaakt.

Metaalblad kan worden gemaakt van smeedbare materialen. Goudblad is een bekende vorm van metaalblad. Veel metalen met een hoge smeedbaarheid hebben ook een hoge rekbaarheid. Sommige niet, zoals lood, dat een lage rekbaarheid maar een hoge smeedbaarheid heeft. Een fysieke eigenschap van materie, voornamelijk metalen, is smeedbaar. In het moderne periodiek systeem van elementen geldt de eigenschap meestal voor familie-groepen 1 tot 12.

Metaalsmeedbaarheid is cruciaal in de apparaten- en autosectoren. Deze eigenschap is nuttig bij de constructie van koelkasten, magnetrons en ovens, evenals vlakke en gebogen metalen producten.

Lees meer: Hardheid van een materiaal begrijpen

Wat zijn voorbeelden van smeedbare metalen?

Drukspanning zorgt ervoor dat atomen van smeedbare metalen op moleculair niveau over elkaar heen rollen in nieuwe posities zonder hun metallische bindingen te breken. Wanneer een smeedbaar metaal aan een enorme hoeveelheid spanning wordt blootgesteld, rollen de atomen over elkaar heen en blijven ze oneindig in hun nieuwe locatie. Voorbeelden van smeedbare metalen zijn goud, zilver, ijzer, aluminium, koper, tin, indium en lithium. De materialen gemaakt van deze metalen kunnen smeedbaar zijn, waaronder goudblad, lithiumfolie en indiumschot.

Goud en zilver zijn allebei extreem smeedbare metalen. Wanneer gehammert, krijgt een stuk heet ijzer de vorm van een blad. Niet-metalen bezitten deze eigenschap niet. Wanneer geslagen met een hamer, kunnen niet-smeedbare metalen bersten. Smeedbare metalen buigen en draaien in diverse vormen. Zink is flexibel tussen 100 en 200 graden Celsius, maar bros bij hogere temperaturen.

Hoe werkt smeedbaarheid?

Vanwege hun kristalstructuur zijn metalen buigzaam. Dichtgepakte kristalstructuren [hexagonale dichtste pakking (hcp) of kubisch vlakgecentreerd (fcc)] zijn buigzamer dan open gestructureerde kristalstructuren, zoals lichaamsgecentreerd kubisch (bcc).

Goud, zilver en magnesium zijn bijvoorbeeld smeedbaarder dan vanadium of chroom. Dichtgepakte formaties hebben atomen gerangschikt als gestapelde platte bladen, waardoor vlakken onder spanning aan elkaar voorbij kunnen glijden. Lichaamsgecentreerde structuren zijn meer als geribbelde bladen die niet glijden.

Temperatuur, onzuiverheden en andere omstandigheden veroorzaken echter dat metalen verschillende vormen aannemen. Als resultaat wordt de smeedbaarheid van een specifiek element of legering bepaald door zijn omgeving.

Zijn niet-metalen smeedbaar?

Niet-metallische elementen zijn over het algemeen niet smeedbaar. Er zijn echter een paar uitzonderingen. Bepaalde allotropen kunnen worden gemanipuleerd. Het plastische allotroop van zwavel is een voorbeeld. Sommige niet-metallische polymeren zijn smeedbaar, terwijl niet-metallische elementen niet smeedbaar zijn. Sommige kunststoffen zijn bijvoorbeeld smeedbaar.

Wat is het verschil tussen smeedbaarheid en rekbaarheid?

Terwijl smeedbaarheid verwijst naar de capaciteit van een metaal om te vervormen onder compressie, verwijst rekbaarheid naar de capaciteit van een metaal om te rekken zonder schade te veroorzaken. Koper is een voorbeeld van een metaal dat zowel rekbaar (het kan in draden worden gerekt) als smeedbaar is (het kan in vormen worden gebogen) (het kan ook in bladen worden gewalst).

Hoewel de meeste smeedbare metalen ook rekbaar zijn, zijn de twee eigenschappen niet altijd wederzijds uitsluitend. Wanneer lood en tin koud zijn, zijn ze buigzaam en rekbaar, maar naarmate de temperaturen stijgen in de buurt van hun smeltpunten, worden ze steeds brosser. Wanneer metalen worden verwarmd, worden ze echter meer smeedbaar. Dit komt omdat de temperatuur een effect heeft op de kristalkorrels in metalen.

Rekbaarheid en smeedbaarheid zijn niet altijd synoniem; bijvoorbeeld is goud zowel rekbaar als smeedbaar, terwijl lood alleen smeedbaar is. De hoeveelheid druk (drukspanning) die een metaal kan weerstaan zonder te breken, wordt meestal gebruikt om zijn fysieke eigenschap te bepalen. De fysieke eigenschappen van metalen worden beïnvloed door verschillen in hun kristallijne structuren.

Smeedbaarheid en hardheid

Hardere metalen, zoals antimoon en bismut, hebben een complexere kristalstructuur, waardoor het moeilijker is om atomen in nieuwe locaties te dwingen zonder ze te breken. Dit komt doordat de atoomrijen van het metaal niet uitgelijnd zijn. Om het anders te zeggen: er zijn meer korrelgrenzen of gebieden waar atomen niet zo stevig gebonden zijn. Metalen zijn geneigd om te breken bij korrelgrenzen. Als resultaat is het harder, meer bros en minder buigzaam een metaal is, hoe meer korrelgrenzen het heeft.

Metalen zijn geneigd om te breken op korrelgrenslocaties waar atomen niet zo stevig gekoppeld zijn. Als resultaat, wanneer metalen veel korrelgrenzen hebben, zal het harder zijn. Wanneer er minder korrelgrenzen zijn, wordt het echter bros en minder flexibel. Vanwege de effecten van hogere temperatuur op de kristalkorrels, worden de meeste metalen buigzamer wanneer ze worden verwarmd.

Wat is het effect van temperatuur op smeedbaarheid?

Het aantal korrelgrenzen in de meeste metalen neemt af naarmate de temperatuur stijgt, wat de smeedbaarheid verhoogt. Als resultaat kan warmtebehandeling sommige metalen die onder normale omstandigheden niet smeedbaar zijn, smeedbaar maken. Zink is bijvoorbeeld bros totdat het boven de 300 graden Fahrenheit (150 graden Celsius) wordt verwarmd. Boven deze temperatuur kan het metaal in bladen worden gewalst.

Wat is het effect van legeren op smeedbaarheid?

Een andere techniek om smeedbaarheid te controleren is het legeren van metalen. Messing is bijvoorbeeld minder buigzaam dan koper of zink, de bestanddelen ervan. 14 karaats goud en sterling zilver zijn legeringen die goud en zilver verharden en hun smeedbaarheid verminderen.

Hoe meet men smeedbaarheid?

Smeedbaarheid kan op twee manieren worden gemeten. De eerste test betreft het bepalen van de hoeveelheid druk of drukspanning die een materiaal kan weerstaan voordat het breekt. De andere test is het bepalen hoe dun een metaalblad kan worden voordat het scheurt.

Samenvattend

Smeedbare metalen zijn metalen die kunnen worden geduwd en gewalst en komen veel voor in dunne metaalbladen. Niet-metalen kunnen bersten wanneer men probeert ze smeedbaar te maken. Echter, goudblad wordt ook beschouwd als een smeedbaar materiaal. De meeste smeedbare metalen zijn ook rekbaar, de twee eigenschappen zijn niet altijd wederzijds uitsluitend.

Dit was het voor dit artikel, waarin de antwoorden op de volgende vragen worden besproken:

• Wat is smeedbaarheid?
• Wat zijn voorbeelden van smeedbare metalen?
• Hoe werkt smeedbaarheid?
• Zijn niet-metalen smeedbaar?
• Wat is het verschil tussen smeedbaarheid en rekbaarheid?
• Smeedbaarheid vs hardheid
• Wat is het effect van temperatuur op smeedbaarheid?
• Wat is het effect van legeren op smeedbaarheid?
• Hoe meet men smeedbaarheid?

Ik hoop dat u veel heeft geleerd uit de lezing; deel het gerust met anderen. Bedankt voor het lezen, tot de volgende keer!