延展性
延展性（英语：Ductility and Malleability），是物质的一种机械性质，表示材料在受力而产生断裂（fracture）之前，其塑性变形的能力。延展性是由延性、展性两个概念相近的机械性质合称。常见金属及许多合金均有延展性。
在材料科学中，延性（Ductility）是材料受到拉伸应力（tensile stress）变形时，特别被注目的材料能力。延性它主要表现在材料被拉伸成线条状时。展性（Malleability）是另外一个较相似的概念，但它表示为材料受到压缩应力（compressive stress）变形，而不破裂的能力。展性主要表现在材料受到锻造或轧制成薄板时。延性和展性两者间并不总是相关，如黄金具有良好的延性和展性，但铅仅仅有良好的展性而已[1]。然而，通常上因这两个性质概念相近，常被称为延展性。
各科学领域上 编辑
地质学 编辑
在地球科学中，脆韧转换带（brittle-ductile transition zone）是一个地层带，在大陆地壳约15千米（9英里）深，在冰川下的脆性-延性转换带则约在30米（100英尺）深，在这转换带岩石的韧性减弱且倾向延性变形。然而，在就算在转换带之上，延性变形依然有机会发生，在转换带之下，物质也有可能发生韧性变形。这转换带的产生是因随深度越深，压力越大，韧性减弱，另一方面随着温度提高，使延性变强。 而转换带就产生在延性超过韧性之时。
材料科学 编辑
延展性在金属加工特别重要，当材料在受压状态下，若是产生裂缝或断裂是不能运用在金属成形如锻造、辊轧（rolling）、抽制（drawing）等过程中的，展性材料能运用于冲压和压制，然而脆性材料和塑胶则只能用铸造或射出成形的方式加工。
一般而言，以金属键键结为主的金属材质通常认为是延展性物质，材料之所以产生高延展性，是因为金属键外层价电子并没有被束缚，且原子间共用游走于空价轨域的电子云，这些自由电子允许金属原子可以彼此间透过滑移通过，而不会像其他材料会产生的强排斥力，造成破裂。
延性可透过破裂应变 量化，在这破裂应变是指历经单轴拉伸试验时的工程应变。另外还有另一种普遍的测量法，即算发生破裂时的面积收缩百分比 .[2]。
以下列出有延展性相当良好的金属：金、银、铂、铁、镍、铜、铝、锌和锡[1]。然而，钢铁的延性视合金的成分而定，碳含量越高延性下降。另外，许多塑胶材料和非晶形固体，如培乐多（Play-Doh）等，具有展性。
延脆转移温度 编辑
(a)脆性破裂
(b)中等延性破裂
(c)高延性破裂
金属的延脆转移温度（DBTT），又称“无延性温度”（NDT）或称“脆性转变温度”，是当金属温度下降至某一点时，其性质延性转变成脆性时的温度。通常此温度确定需通过冲击破裂试验，但测量设定上没有一套明确的标准[3]。测验时当到达某一点，可承受的耐破裂能量将会低于假设的某一值（通常钢铁传统上设定是40J）[4]，即延脆转移温度。延脆转移温度相当重要，因为一旦金属材料低于延脆转移温度时，若遭受到很大的冲击，将会倾向产生巨大碎裂，而不会弯曲或变形。举一个例子，锌合金3（zamak 3）在室温下有良好延性，但在零度以下的环境时，在冲击下它会很容易碎裂。因此当物体若会受到工程应力，考虑选择合适的金属材料时，延脆转移温度相当重要。另外，较相似的案例是玻璃转换温度，它发生在玻璃和高分子上，但它的机构是否为非晶形材料而有所不同。
然而，有些金属的延脆转移并不会很明显，如体心立方（BCC）晶体结构的金属它的转移就比面心立方（FCC）晶体结构的还来得明显。延脆转移温度也受到外界因素影响，如中子辐射会造成内部结晶缺陷（lattice defect），使延性下降，延脆转移温度提高。
延性断裂 编辑
当延性材料发生断裂时，称为延性断裂（ductile fracture）。当金属受到一作用应力，它可能是张力、应力、剪力或扭力，试品一开始将会产生塑性变形，然而随着试品延性程度不同而有不同的断裂面。在高延性试品中，试品会产生塑性变形，直到颈缩至断裂。而中等延性试品形变至中等颈缩时，接着颈缩部位的中心截面会产生小孔穴，或产生微小空孔。当继续受力变形，这些截面的小空孔会逐渐扩大，合并成一道裂缝，最后靠外部的裂缝会与轴方向呈45°剪力破坏，使破断面呈杯锥状断裂。
延性断裂对材料而言较有利，因为发生脆性断裂（brittle fracture）时，几乎没有预警之下就发生断裂，且脆性材料产生裂痕后，就算不再增加作用应力，裂痕仍可自发扩大。然而，当延性材料产生裂痕，除非继续增加作用应力，不然裂痕是不会再扩大，且延性断裂前会产生大量形变，可提供断裂即将来临的警讯，以利采取预防措施。
参见 编辑
参考 编辑
- ^ 1.0 1.1 Rich, Jack C., The Materials and Methods of Sculpture, Courier Dover Publications: 129, 1988, ISBN 0486257428
- ^ G. Dieter, Mechanical Metallurgy, McGraw-Hill, 1986, ISBN 978-0070168930
- ^ William D.Callister、JR. Materials Science and Engineering of Introduction, 4/e, .
- ^ John, Vernon. Introduction to Engineering Materials, 3rd ed.(?) New York: Industrial Press, 1992. ISBN 0831130431.