硬化回形针。厨房中的冶金

解释

金属，尤其是像钢这样的铁基合金，比你想象的要复杂得多。在这个实验中有两个不同的过程来改变回形针弯曲的难易程度。

首先，前后弯曲回形针会对金属产生一种叫做加工硬化。你在金属上做功越多，它就越硬，越脆。最终，它会变得很脆，会折断，这就是为什么你可以通过来回弯曲来折断一个便宜的勺子。

为了理解为什么会发生这种情况，我们首先需要考虑金属是如何弯曲的。一个好的起点是
裸体科学家剪贴簿:什么是合金?这不仅解释了我们所说的“合金”，也解释了为什么金属的原子结构对它的性质如此重要。

混乱

为了使金属弯曲，我们必须重新排列它的原子结构。金属形成晶体，这意味着它们的原子以重复的模式排列。移动一整排原子需要很大的力，所以弯曲实际上发生在晶体的微小缺陷处混乱。这些地方的原子线没有很好地会合。施加一个小的力就可以使金属内部的位错移动，使金属本身弯曲。

	位错是指晶体中的原子不能很好地结合在一起。
	如果你施加一个很小的力，原子就可以重新排列，移动位错。
	如果位错移动到边缘，晶体就会变形一个原子直径。

然而，如果在金属结构中以不同角度取向的两个位错走到一起，它们就不能相互移动。这意味着你弯曲金属的次数越多，产生的错位就越多，这些错位会相互阻碍，使材料越来越难以弯曲。

退火

把钢加热会使钢中的原子产生大量的能量。这允许任何位错相互移动，释放它们，所以当钢被冷却时，它再次非常容易弯曲。事实上，在这个实验中，它实际上比开始时更容易弯曲，因为制作回形针的过程包含了很多变形。这意味着你原来的回形针已经硬化了。

淬火

最后一个过程，加热然后快速冷却，是相当不同的，这是基于铁的一个非常不寻常的特性。铁有两种不同的稳定晶体结构，它在大约700℃时在它们之间切换。如果你慢慢冷却金属，有足够的时间让金属从一种变为另一种，但如果金属被浸入冷水中迅速冷却，即所谓的淬火，原子没有时间重新组织自己，金属将形成第三种结构，称为马氏体。这是非常硬，非常脆，这使得回形针非常硬。

钢在高温下形成面心立方结构
如果慢慢冷却，它会形成一个以身体为中心的立方体结构，具有很强的延展性，非常灵活。
如果冷却得很快，就会形成很多像盘子一样的东西马氏体含有大量碳的晶体，非常坚硬易碎