為什麼把鐵絲掰彎很容易,掰直卻超級難?

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哪怕不是掰得特別平整掰回去也需要很大力氣,把鐵絲掰彎之後到底發生了什麼?

圖片來源:123rf.com.cn正版圖片

Q
&
A

確乎 回答

我想在回答「掰直難」之前,應先思考為什麼能「掰彎」,即金屬何以能變形?然後再思考變形過程中發生了什麼,導致再變形變得困難。

金屬何以能變形?

在高中我們就學到金屬原子間的作用力很奇妙——它們是沒有方向性的,所以好像將原子們沿著某個方向一起滑動到新的位置後(即變形),原子們所處的環境仍然和原來一樣(原子們觀察新環境後,沒有發現任何變化)。

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如果金屬變形的原理是這樣,容易推出金屬可以無限變形的結果(原子:每次移動後我都沒看到什麼變化),顯然與金屬只能有限變形的事實矛盾。更糟糕的是,按照金屬原子一起滑動而計算出的金屬強度非常高,也不符合事實

所以金屬變形的新理論出來了:位錯滑動。同之前的滑動有什麼區別呢?可以做這樣的比喻,類似於毛毛蟲行動:之前的理論認為,毛毛蟲運動的時候,是所有腿一起離開地面,蹦了一條或多條腿的距離,對於毛毛蟲有相當大的挑戰;新理論認為,毛毛蟲在運動中是只有一雙腿掙開地面,以蠕動的方式向其他方向移動。這個離開地面的地方,就相當於位錯的核心區域,其在3D的晶體中是一條線(想像一堆毛毛蟲閱兵的時候,它們的拱起部位排成一條不怎麼直的線)。

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故而,新理論成功解釋了金屬在變形之初進行的相當容易。

變形中發生了什麼?

在位錯滑動理論提出之後,又有補充位錯的產生和糾纏理論(「毛線」理論),來解釋變形為何變得困難。位錯如我們提到的,位錯的核心區域為一條線,在變形中不停的產生,逐漸變成盒子裡一堆糾纏的毛線團,任何想讓其中的毛線改變位置(或者增加新的毛線)都將是越來越困難的事(加工硬化),而進行到一定程度,甚至會導致盒子的破損。

一個AI

友情提示:本條推送中的知識只適用於金屬變形層面,想什麼呢你。

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