脱臼和重金属音乐会

冶金学方面的研究成果很少登上报纸的头版。

它既不会产生“古怪”的结果，比如“企鹅排便时产生的压力——鸟类排便的计算”，也不会增加对疾病或人体黑匣子的理解。但是这个隐藏的学科，结合了物理、化学和工程，对我们的日常生活有着巨大的影响。

冶金学家开发和改进金属和合金，所以你不再需要骑着一辆30公斤重的实心钢框架自行车到处跑了!相反，你可以选择一个由轻质铝制成的框架。这也是一位冶金学家的工作，他发现不锈钢可以用来制作餐具。由于这一突破，我们只能品尝到我们正在吃的食物，而不会受到青铜、铜或银的痕迹所带来的令人生厌的污染。

冶金学家确保即使在撞车事故中，发动机罩的变形也能保护乘客。金属是如何变形或断裂的仍然是一个深入研究的课题。组件最终会出现故障，但重要的是要知道它何时以及如何发生。这些变形机制因合金而异。弯曲一根铝线很容易，但同样一根钢丝很难弯曲，但也更容易折断。然而，把同样的钢丝加热，可以改变它的特性，提高它的弯曲能力，使其更容易弯曲而不会断裂。

那么是什么让材料能够弯曲或断裂呢?一切都归结为原子。如果这个词让你在学校的科学课上做噩梦，不要惊慌。在这个阶段唯一要知道的是，一切都是由微小的台球构成的。事实上，对于金属来说，这些原子是尽可能地排列在一起的，就像你在台球游戏中使用的三角形球一样。用一个生动的比喻，你可以想象一场流行音乐会，舞台前的人群排成一排。人们肩并肩地站着，为了最大限度地看到音乐家，每排人都稍微偏移一下，这样排在后面的人就可以从前面的人的肩膀之间看到。

但想象一下，这种理想的配置突然被一群后来者打乱了。他们挤在两排之间，排成一行，一直排到音乐厅的中央。因此，它们扰乱了人群的完美排列。更糟糕的是，这些不顾他人的不速之客开始排队(或排)跳跃，并向舞台靠近。在冶金学中，我们把这样一堆扰乱均匀构型的调皮原子称为“位错”。

错位是原子破坏者。但它们也是部件可以变形而不断裂的原因。回到音乐会的观众，如果观众被转移到一个u形音乐厅，在大厅圆形部分的外部区域，排之间会出现空隙。同样，在内部，音乐会的观众将被挤在一起，这样他们就会试图离开自己的位置。显而易见的解决方案是形成一对“半排”，或错位，以填补空白，并在弯曲区域创造更多的空间。

这是在真实材料中可以观察到的。位错可以在合金中形成并移动，填补间隙，否则间隙会越来越大，最终产生裂纹。位错不仅可以使弯曲更容易，还可以使材料更坚固。如果位错成功地挤压在排列完美的原子之间，它就会对之前在那里的原子产生张力。原子和音乐会的观众一样，喜欢和同伴们保持明确的距离:“这是我的舞蹈空间。这是你的舞蹈空间。我不走进你的，你也不走进我的!”

错位扰乱了理想的空间，挤压了一些区域，而其他区域需要伸展。当另一个位错出现以使更多的弯曲和软化时，它将难以通过应变原子。因此，当材料变形时，它会变得更强。对混合物施加温度会使原子摆动得更快，因此它们需要更大的空间。因此，它们之间的空间可以变大而不会产生裂缝。这也使得位错更容易在结构中移动。这就解释了为什么金属在高温下更容易变形。

位错是冶金学家研究材料变形的核心内容。即使他们研究某些具有有趣或长名字的缺陷，如“双胞胎”或“反相边界”，它们都是由我们淘气的家伙——位错形成的。科学家们仍在努力理解错位的某些行为。错位本身毫不在乎:它仍然在材料中滑动、攀爬和滑动，遵循着我们尚未定义的自然法则……