為什么鐵絲一折會彎，而有些塑料一折會斷？

圖片：cocoparisienne / CC0

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起首我們來闡發題本家兒的問題自己。

問題闡發

這個問題在解答之前必需要進步前輩行剝析，這是因為塑料作為一種聚合物，其與金屬的材料學微不雅素質分歧，發生拉伸斷裂（為什么這個問題被歸于拉伸斷裂，鄙人面會進行具體闡發）的機理亦不不異。

是以這個問題其實可以分化為兩部門：

為什么以鐵絲為代表的一些金屬在彎曲載荷下會發生彎曲？

1-plus. 在什么環境下，金屬在彎曲載荷下不彎曲，而是直接斷裂？

2. 為什么以某些塑料為代表的聚合物在彎曲載荷下會直接斷裂？

然后我們再來闡發題本家兒供給的這個現象。

現象闡發

題本家兒說起的“折彎”，指的是對材料施加彎曲負荷；受到彎曲感化的材料其細節如下圖所示。

經由過程上圖我們意識到，對材料施加彎曲負荷之后，材料標的目的外凸出的一面（即上圖中的上概況）將受到一個朝標的目的兩側（即彎曲偏向）的拉伸感化；而標的目的內凹入的一面（即上圖中的下概況）則會受到擠壓感化。而這個拉伸感化和擠壓感化在材料體內部則是持續轉變的。于是乎，必然在材猜中存在某一面，位于該面的材料既不受到拉伸感化、也不受到壓縮感化，該面稱為該材料在受到該給心猿意馬彎曲載荷環境下的中性面，在上圖頂用細虛線暗示。

一般來說，材料的壓縮載荷要（遠）大于拉伸載荷，所以斷裂往往發生在受到拉伸感化的一面上；而按照材料體內部的應力分布，可以認為發生斷裂的點是在其應力最集中的點，亦即折彎點。

是以，彎曲斷裂的這個環境便可以被約減為一種材料的拉伸斷裂。

而斷裂是材料學的一個很是主要的常識點，分歧的材料因其微不雅素質分歧（好比以離子鍵連系的陶瓷，以金屬鍵連系的金屬

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，和以物理纏結連系的聚合物），其發生斷裂的機理也判然不同

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。所以我們接下來也會按照適才我將問題分化的成果進行挨次作答。

金屬的彎曲 - 延性斷裂

金屬是由金屬晶體構成的，晶體里的原子都按照特心猿意馬體例聚積。

晶體內則是駁雜的線條，稱為“位錯”。位錯是晶體內部的瑕疵，暗示原子偏離了原本完美的機關。固然位錯聽起來很糟糕，但其實大有效處，這是因為完美的晶體自身是不成能擁有延展性的，而恰是位錯讓金屬可以或許改變外形

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。

當我們在折彎金屬絲時，就是把金屬晶體弄彎。如果晶體不彎，金屬絲就會像木棍一樣碎裂折斷。金屬的可塑性來自位錯在晶體內的移動。位錯移動會帶著微量的這種物質以超音速從晶體的一側移標的目的另一側。而事實受騙我們在折彎金屬的時辰，里面有快要 100,000,000,000,000 個位錯以每秒數千米的速度移動。固然每個位錯只移動一小塊晶體（半斤八兩于一個原子面），但已經足以讓晶體當作為超等可塑性的物質，而非易碎的巖石了

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。

金屬的熔點代表晶體內金屬鍵的強度，也代表位錯容不輕易移動。鉛的熔點不高，是以位錯輕易移動，這使得鉛很是柔嫩。銅的熔點較高，是以也比力堅硬。加熱會讓位錯移動，從頭擺列組合，成果之一就是讓金屬變得柔嫩

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