为什么铁丝一折会弯，而有些塑料一折会断？

图片：cocoparisienne / CC0

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起首我们来阐发题本家儿的问题自己。

问题阐发

这个问题在解答之前必需要进步前辈行剥析，这是因为塑料作为一种聚合物，其与金属的材料学微不雅素质分歧，发生拉伸断裂（为什么这个问题被归于拉伸断裂，鄙人面会进行具体阐发）的机理亦不不异。

是以这个问题其实可以分化为两部门：

为什么以铁丝为代表的一些金属在弯曲载荷下会发生弯曲？

1-plus. 在什么环境下，金属在弯曲载荷下不弯曲，而是直接断裂？

2. 为什么以某些塑料为代表的聚合物在弯曲载荷下会直接断裂？

然后我们再来阐发题本家儿供给的这个现象。

现象阐发

题本家儿说起的“折弯”，指的是对材料施加弯曲负荷；受到弯曲感化的材料其细节如下图所示。

经由过程上图我们意识到，对材料施加弯曲负荷之后，材料标的目的外凸出的一面（即上图中的上概况）将受到一个朝标的目的两侧（即弯曲偏向）的拉伸感化；而标的目的内凹入的一面（即上图中的下概况）则会受到挤压感化。而这个拉伸感化和挤压感化在材料体内部则是持续转变的。于是乎，必然在材猜中存在某一面，位于该面的材料既不受到拉伸感化、也不受到压缩感化，该面称为该材料在受到该给心猿意马弯曲载荷环境下的中性面，在上图顶用细虚线暗示。

一般来说，材料的压缩载荷要（远）大于拉伸载荷，所以断裂往往发生在受到拉伸感化的一面上；而按照材料体内部的应力分布，可以认为发生断裂的点是在其应力最集中的点，亦即折弯点。

是以，弯曲断裂的这个环境便可以被约减为一种材料的拉伸断裂。

而断裂是材料学的一个很是主要的常识点，分歧的材料因其微不雅素质分歧（好比以离子键连系的陶瓷，以金属键连系的金属

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，和以物理缠结连系的聚合物），其发生断裂的机理也判然不同

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。所以我们接下来也会按照适才我将问题分化的成果进行挨次作答。

金属的弯曲 - 延性断裂

金属是由金属晶体构成的，晶体里的原子都按照特心猿意马体例聚积。

晶体内则是驳杂的线条，称为“位错”。位错是晶体内部的瑕疵，暗示原子偏离了原本完美的机关。固然位错听起来很糟糕，但其实大有效处，这是因为完美的晶体自身是不成能拥有延展性的，而恰是位错让金属可以或许改变外形

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。

当我们在折弯金属丝时，就是把金属晶体弄弯。如果晶体不弯，金属丝就会像木棍一样碎裂折断。金属的可塑性来自位错在晶体内的移动。位错移动会带着微量的这种物质以超音速从晶体的一侧移标的目的另一侧。而事实受骗我们在折弯金属的时辰，里面有快要 100,000,000,000,000 个位错以每秒数千米的速度移动。固然每个位错只移动一小块晶体（半斤八两于一个原子面），但已经足以让晶体当作为超等可塑性的物质，而非易碎的岩石了

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金属的熔点代表晶体内金属键的强度，也代表位错容不轻易移动。铅的熔点不高，是以位错轻易移动，这使得铅很是柔嫩。铜的熔点较高，是以也比力坚硬。加热会让位错移动，从头摆列组合，成果之一就是让金属变得柔嫩

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