Formbarkeit ist eine physikalische Eigenschaft von Metallen, die ihre Fähigkeit definiert, gehämmert, gepresst oder zu dünnen Blechen gerollt zu werden, ohne zu brechen. Mit anderen Worten, es ist die Eigenschaft eines Metalls, sich unter Druck zu verformen und eine neue Form anzunehmen.
Die Formbarkeit eines Metalls kann daran gemessen werden, wie viel Druck (Druckspannung) es aushalten kann, ohne zu brechen. Unterschiede in der Formbarkeit zwischen verschiedenen Metallen sind auf Unterschiede in ihren Kristallstrukturen zurückzuführen.
Formbare Metalle
Auf molekularer Ebene zwingt die Druckspannung Atome formbarer Metalle dazu, sich gegenseitig in neue Positionen zu rollen, ohne ihre metallische Bindung zu lösen. Wenn ein formbares Metall stark belastet wird, rollen die Atome übereinander und bleiben dauerhaft in ihrer neuen Position.
Beispiele für formbare Metalle sind:
- Gold
- Silber
- Eisen
- Aluminium
- Kupfer
- Zinn
- Indium
- Lithium
Produkte aus diesen Metallen können ebenfalls Formbarkeit aufweisen, einschließlich Blattgold, Lithiumfolie und Indiumschrot.
Formbarkeit und Härte
Die Kristallstruktur von härteren Metallen wie Antimon und Wismutmacht es schwieriger, Atome in neue Positionen zu drücken, ohne zu brechen. Dies liegt daran, dass die Atomreihen im Metall nicht ausgerichtet sind.
Mit anderen Worten, es gibt mehr Korngrenzen, dh Bereiche, in denen Atome nicht so stark miteinander verbunden sind. Metalle neigen dazu, an diesen Korngrenzen zu brechen. Je mehr Korngrenzen ein Metall hat, desto härter, spröder und weniger formbar wird es sein.
Formbarkeit vs. Duktilität
Während Formbarkeit die Eigenschaft eines Metalls ist, das es ihm ermöglicht, sich unter Kompression zu verformen, Duktilität ist die Eigenschaft eines Metalls, das es ermöglicht, sich ohne Beschädigung zu dehnen.
Kupfer ist ein Beispiel für ein Metall, das sowohl eine gute Duktilität (es kann zu Drähten gespannt werden) als auch eine gute Formbarkeit (es kann auch zu Blechen gerollt werden) aufweist.
Während die meisten formbaren Metalle auch duktil sind, können die beiden Eigenschaften exklusiv sein. Führen und Zinn sind zum Beispiel formbar und duktil, wenn sie kalt sind, werden jedoch zunehmend spröde, wenn die Temperaturen in Richtung ihrer Schmelzpunkte ansteigen.
Die meisten Metalle werden jedoch beim Erhitzen formbarer. Dies ist auf den Effekt zurückzuführen, den die Temperatur auf die Kristallkörner in Metallen hat.
Kontrolle der Kristallkörner durch die Temperatur
Die Temperatur hat einen direkten Einfluss auf das Verhalten von Atomen, und bei den meisten Metallen führt Wärme zu einer regelmäßigeren Anordnung der Atome. Dies verringert die Anzahl der Korngrenzen, wodurch das Metall weicher oder formbarer wird.
Ein Beispiel für die Auswirkung der Temperatur auf Metalle ist mit zu sehen ZinkDies ist ein sprödes Metall unter 149 Grad Celsius. Wenn es jedoch über diese Temperatur erhitzt wird, kann Zink so formbar werden, dass es zu Blechen gerollt werden kann.
Kaltes Arbeiten steht im Gegensatz zu Wärmebehandlung. Dieser Prozess beinhaltet das Walzen, Ziehen oder Pressen eines kalten Metalls. Dies führt tendenziell zu kleineren Körnern, wodurch das Metall härter wird.
Über die Temperatur hinaus ist das Legieren eine weitere übliche Methode zur Steuerung der Korngrößen, um die Verarbeitbarkeit von Metallen zu verbessern. Messing, ein Legierung aus Kupfer und Zink ist härter als beide Einzelmetalle, da seine Kornstruktur widerstandsfähiger gegen Druckbeanspruchung ist.