Пластичность металлов - что это за свойство и как его можно использовать

Что такое пластичность металлов

Есть различные механические свойства металлов: пластичность, твёрдость, прочность, упругость. Точное определение рассматриваемого термина предполагает способность какого-либо материала получать без разрушений структуры значительные остаточные деформации.

Пластичность противопоставляется упругости. Её мера – это относительные сужение и удлинение, анализируемые во время испытаний. Чем значительнее удлиняется материал при внешнем воздействии, тем более пластичным он является. А по степени сужения оценивают технологичность, характеризующую возможность и успешность обработки давлением, резанием, высокими температурами.

Пластичные свойства позволяют металлу под влиянием внешних факторов менять размеры и формы, сохранять эти изменения после завершения воздействия и при этом не разрушаться, поддерживать изначальную структуру.

Важно! Металл непластичный при обработке разрушается: растрескивается, ломается, крошится.

Причина пластичности металлов – это особенности металлической связи, её строения. При механическом воздействии, оказываемом на материал, кристаллическая решётка как бы частично расслаивается. Происходит смещение её отдельных слоёв относительно друг друга. Атомы сдвигаются, но не разъединяются, так как удерживаются, фиксируются электронным облаком.

Пластичность связывают с соотношением двух направлений: приложения силы и прокатки материала. После прокатывания материалам свойственна направленность, которая обусловлена удлинением элементов структуры (кристаллов, зёрен) продольно прокатке. В том же направлении будет больше пластичность. А вот поперечно данное свойство ослабевает, иногда в 1,5 раза. Прочность же снижается примерно на треть. Данные характеристики проявляются ещё слабее по толщине. В поперечном направлении незначительную пластичность демонстрируют некоторые стали.

Полезная информация! Всего есть три направления. Продольное соответствует движению при прокатке, обозначается буквой X. Поперечное – это Y, а толщинное – Z.

Оценка пластичности

Пластичность любого металла оценивается в ходе специальных испытаний на растяжение. Возникают удлинение и сужение. Чем больше первое, тем более пластичным сплав или металл является. Мера свойства – это процент (%) относительного удлинения.

При растяжении металл удлиняется, а также сужается, уменьшается в поперечном сечении. Чем сужение и удлинение больше до момента полного разрыва, тем выше пластичность. Также оценить её можно по углу загиба, формируемому до первой трещины. Проценты относительного удлинения разных материалов можно найти в отдельной таблице.

От чего зависит пластичность

Пластичность металлов может проявляться не при любых условиях. Она зависит от разных факторов. Влияние на неё оказывают примесные и решёточные воздействия. И первые более явные. Так, связь пластичности с деформационной скоростью и температурным режимом в сплавах и металлах с добавками отличается от зависимостей, распространяющихся на чистые химические элементы. Различия актуальны и для взаимосвязанности характеристик прочности, но выражаются они слабее.

При изучении закономерностей пластичности нужно учитывать релаксации напряжения и их скорости, а также подвижность дислокаций. И если последняя влияет непосредственно на саму пластичность, то от первых зависят относительные изменения свойств. Ниже рассмотрим все важные факторы влияния.

Как на пластичность влияет химический состав

Чем материал чище, тем он пластичнее. Поэтому химические элементы, относящиеся к категории металлов, в чистом виде (без примесей) мягче сплавов. Пример – не содержащая добавок медь, которая более пластична, нежели бронза, являющаяся медно-оловянной комбинацией.

Что касается сплавов, то из них пластичнее те, которые формируют твёрдые растворы, а не химические и механические соединения (смеси). Чем значительнее разница в пределах прочности и текучести, тем материал прочнее.

На пластичность сплавов влияют такие их компоненты:

• Углерод. Чем его больше в стали, тем она менее пластична. При углеродной концентрации более 1,5% сплав становится практически нековким.


• Никель и ванадий увеличивают мягкость легированных сталей.


• Хром, вольфрам сокращают пластичность.


• Стали становятся хрупкими при наличии в них соединений железа с серой. Они образуют эвтектику – сульфид железа, располагающийся на границах зёрен и плавящийся при нагревании до +1000℃. Такой процесс нарушает структурные связи и называется красноломкостью. Негативное влияние серы нейтрализует марганец, образующий тугоплавкое, не меняющееся при высоких температурах соединение.


• Влияние на стали фосфора неоднозначное. Он увеличивает пределы прочности и текучести, но провоцирует хладноломкость, обусловленную уменьшением вязкости и пластичности при сниженных температурных значениях.

Литые металлы с крупнозернистыми структурами менее пластичны, чем материалы с мелкозернистым, деформированным строением. Из-за образовавшихся при производстве или металлообработке пузырьков, трещин, пор пластичность уменьшается, так как частично разрушается кристаллическая решётка.

Изменения пластичности металлов под воздействием разных температур

Зависимость пластичности от температур неоднозначна. Например, при нагревании средне- и малоуглеродистые стали становятся мягче, податливее. А вот сплавы с высокими концентрациями углерода, напротив, более пластичны при низких температурных показателях. На шарикоподшипниковые стали термическое воздействие практически не влияет.

Есть и сплавы, демонстрирующие увеличение пластичности при определённых диапазонах температур. Например, техническое железо при значениях от +800 до +1000℃ теряет пластичность. А когда температура достигает точки плавления, материал из-за вероятности перегрева и пережога становится хрупким.

Углеродистой стали свойственно наличие зоны синеломкости. При интервале от +100 градусов до +300 сплав становится прочнее, но менее пластичнее. Причина – выпадение частей карбидов по плоскости скольжения, происходящее при деформации. Также пластичность уменьшают фазовые превращения.

Если в металлической структуре резко растут зёрна, это приводит к сокращению пластичности. Это называется перегревом, для нейтрализации последствий которого применяют отжиг. Также существует пережог: появление оксидов на границах зёрен и расплавление межзеренных слоёв при нагревании до значений, близких к плавлению. Из-за этого появляются трещины, пластичность утрачивается. И эти изменения необратимы, возможна только переплавка материала.

Связь скорости деформации с пластичностью

Скорость деформации – это её меняющаяся степень в пределах определённого временного промежутка. Если такой показатель растёт, пластичность уменьшается. Особенно ярко это проявляется в сплавах с магнием и медью, высоколегированных сталях.

Причина – разная направленность процессов, протекающих при обработке материала. С одной стороны, деформация делает сплав прочнее. С другой, происходит рекристаллизация, и прочность утрачивается. При высокоскоростных деформациях упрочнение опережает потерю прочности.

Но при критически высокой деформационной скорости, наблюдаемой, например, при штамповке способом взрыва, пластичность повышается. Это обусловливается температурой, увеличивающейся из-за выделения тепловой энергией при деформации. Такое тепло не рассеивается сразу, поэтому сплав становится пластичнее.

Как изменяется пластичность металлов при напряжённом состоянии

Напряжённое состояние характеризуется расположением главных напряжений, действующих в незначительных объёмах подвергающегося деформациям сплава или металла.

Главные – это нормальные напряжения, демонстрирующие действие на трёх перпендикулярных друг другу площадях. Тут распространяющиеся по касательным напряжения уничтожаются взаимно, становясь нулевыми. Всего есть девять схем. Из них 4 объёмных, 3 плоских и 2 линейных.

При обработке давлением возникают две объёмные схемы:

• Трёхосное сжатие. При нём распространение напряжений осуществляется по 3 осям. Такое явление характерно для прессовки, ковки, прокатки, штамповки.


• Напряжённое состояние. В данном случае в двух осях наблюдается напряжение сжатия, а в третьей – растяжения. Такое возможно при волочении, иногда при листовом штамповании.

Металлическую пластичность можно хорошо видеть в схемах главных напряжений. Если увеличивается влияние напряжения сжатия, то при металлообработке растёт пластичность. То есть при волочении материалы мягче и податливее, чем при прессовке. Если заготовка сдавливается по бокам, это приводит к увеличению напряжения сжатия.

В элементарно малых объёмах деформации определяются схемами их главных компонентов. И основные – это происходящие в трёх перпендикулярно расположенных осях с нулевым касательным напряжением. При видах обработки давлением возникает три варианта главных деформаций:

• Главное сжатие в двух осях и растяжение в третьей. Это наблюдается при процессах прессовки, волочения.


• Сжатие в одной оси и растяжение в двух остальных. Такое происходит при операциях ковки, объёмной штамповки, прокатки.


• Сжатие в первой оси, растяжение во второй и отсутствие напряжения в третьей. Данная схема характерна для широкополосной прокатки, листовой штамповки.

По схемам главных деформаций можно определять данные о волокнах и зёрнах металлической структуры, а также характер их возникновения. При давлении механические, физические свойства сплава или металла, а также его строение находятся под влиянием главной максимальной деформации.

Примеры металлов с высокой пластичностью

Самый пластичный металл – это золото, которое при растяжениях удлиняется на целых 65%. Примерно такие же значения имеют свинец и серебро. За ними идёт медь с показателем от 50 до 60%. Следующее – железо с относительным удлинением от 40% до 50. Пластичность титана составляет примерно столько же. В эту группу входит также платина.

Из сплавов можно выделить стали, но только низкоуглеродистые, так как повышенное содержание углерода увеличивает прочность, но уменьшает пластичность. Также относительно мягкой считается латунь.

Какие металлы непластичные

Какие металлы и сплавы высокой пластичностью не отличаются? Ею не обладает чугун. Также эта способность не характерна для марганца, сурьмы, кобальта, хрома, иридия. Средние показатели относительного удлинения при испытаниях растяжением (менее 40%) демонстрируют алюминий, магний, цинк, олово. Непластичными являются и высокоуглеродистые стали.

Сплавы и металлы с низкой пластичностью обычно твёрдые, но при этом хрупкие, то есть при напряжении и механических воздействиях не демонстрируют пластическую деформацию, не растягиваются, а ломаются, растрескиваются.

Использование пластичности

Как на практике используют пластичность металлов? Это свойство влияет на технологичность – обрабатываемость разными способами. Металл высокой пластичности легко поддаётся деформациям со сгибами, растяжениями, сжатиями. Изделиям из таких материалов можно придавать различные формы, менять их исходные размеры. После завершения воздействия (например, термического с нагреванием, механического с высоким давлением) деформации остаются, а структура не разрушается. То есть заготовка остаётся прочной, цельной.

Наиболее пластичный металл отлично подходит для производства листовых заготовок, трубного и профильного проката, штампованных изделий. Причём всё это можно сгибать под разными углами, с различными радиусами. Возможно получать трубы, профили, проволоки, детали и элементы конструкций, части корпусов транспорта, оборудования или бытовой техники.

Изделия из пластичных материалов используют в разных сферах: строительстве, мебельных производствах, химической, фармацевтической, пищевой промышленности, в приборо- и машиностроении, авиационной отрасли и в других областях.

Пластичность обязательно учитывается при подборе материала, подходящего для обработки объёмной или листовой штамповкой, гибкой, волочением, прокаткой, ковкой (холодной, горячей), прессованием, редуцированием.

Специалисты компании Profbau хорошо знают и учитывают пластичность металлов при производстве разных изделий, а также при выборе подходящих технологий обработки. Такой профессиональный подход гарантирует повышенную точность геометрии и размеров конечных изделий, независимо от характеристик деталей.

Мы осуществляем мелкосерийное производство, выпускаем крупные партии типовых деталей, а также изготавливаем нестандартные образцы или единичные экземпляры. Работаем по техническим заданиям, эскизам, чертежам и индивидуальным проектам. Выполняем заказы любой сложности, в том числе срочные. Формируем оптимальные ценовые предложения благодаря собственному оборудованию, экономному расходованию материалов. Обращайтесь к нам в онлайн-чате, по телефону или через форму заявки на сайте.