为什么把铁丝掰弯很容易,掰直却超级难?

作者: 果壳

来源: 果壳网

发布日期: 2016-12-23

本文探讨了金属变形的原理,特别是铁丝掰弯后为何难以掰直的问题,通过位错滑动理论解释了金属变形的容易与困难。

哪怕不是掰得特别平整掰回去也需要很大力气,把铁丝掰弯之后到底发生了什么?

我想在回答“掰直难”之前,应先思考为什么能“掰弯”,即金属何以能变形?然后再思考变形过程中发生了什么,导致再变形变得困难。

在高中我们就学到金属原子间的作用力很奇妙——它们是没有方向性的,所以好像将原子们沿着某个方向一起滑动到新的位置后(即变形),原子们所处的环境仍然和原来一样。如果金属变形的原理是这样,容易推出金属可以无限变形的结果,显然与金属只能有限变形的事实矛盾。更糟糕的是,按照金属原子一起滑动而计算出的金属强度非常高,也不符合事实。

所以金属变形的新理论出来了:位错滑动。同之前的滑动有什么区别呢?

可以做这样的比喻,类似于毛毛虫行动:之前的理论认为,毛毛虫运动的时候,是所有腿一起离开地面,蹦了一条或多条腿的距离,对于毛毛虫有相当大的挑战;新理论认为,毛毛虫在运动中是只有一双腿挣开地面,以蠕动的方式向其他方向移动。这个离开地面的地方,就相当于位错的核心区域,其在3D的晶体中是一条线。故而,新理论成功解释了金属在变形之初进行的相当容易。

在位错滑动理论提出之后,又有补充位错的产生和纠缠理论(“毛线”理论),来解释变形为何变得困难。位错如我们提到的,位错的核心区域为一条线,在变形中不停的产生,逐渐变成盒子里一堆纠缠的毛线团,任何想让其中的毛线改变位置(或者增加新的毛线)都将是越来越困难的事(加工硬化),而进行到一定程度,甚至会导致盒子的破损。

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