你能想象飛機(jī)在飛行過(guò)程中機(jī)頭突然斷掉的情形嗎？2007年，美國(guó)空軍的一架F-15戰(zhàn)斗機(jī)在模擬空戰(zhàn)時(shí)就出現(xiàn)了如此驚險(xiǎn)的一幕。這次事故造成美軍F-15戰(zhàn)機(jī)大面積停飛，而調(diào)查結(jié)果顯示，事故起因于飛機(jī)上的一根金屬縱梁發(fā)生了疲勞。

  無(wú)獨(dú)有偶，2002年，一架由我國(guó)臺(tái)灣飛往香港的波音747客機(jī)在澎湖附近海域解體墜毀，造成包括機(jī)組成員在內(nèi)共225人不幸罹難。

  事后調(diào)查認(rèn)為，飛機(jī)上一塊修補(bǔ)過(guò)的蒙皮發(fā)生了嚴(yán)重的金屬疲勞開(kāi)裂，造成機(jī)尾脫落，最終導(dǎo)致飛機(jī)因艙體失壓而解體。

  看到這里，不少小伙伴都會(huì)疑惑：人累了會(huì)疲勞，怎么金屬也會(huì)疲勞？

  F-15戰(zhàn)機(jī)機(jī)頭與機(jī)身分離及飛行員彈射出艙過(guò)程（圖片來(lái)源：www.snopes.com）

  F-15的飛行事故就是由圖中縱梁的疲勞引發(fā)的（網(wǎng)絡(luò)圖）

  生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，要想徒手拉斷鐵絲是非常困難的，但如果反復(fù)折幾下卻很容易折斷。

  這表明，即使反復(fù)變化的外力遠(yuǎn)小于能將金屬直接拉斷的恒力，也會(huì)使它的機(jī)械性能逐漸變?nèi)醪⒆罱K損毀。

  金屬的這種現(xiàn)象和人在長(zhǎng)期工作下的疲勞非常像，科學(xué)家們便形象地稱其為“金屬疲勞”。

  金屬疲勞示例（圖片來(lái)源：www.yama-kin.co.jp，經(jīng)作者漢化）

  雖然很多人都沒(méi)聽(tīng)過(guò)金屬疲勞的事兒，但它卻廣泛潛伏在人們的日常生活中，常常引發(fā)出人意料的嚴(yán)重事故。據(jù)估計(jì)，約90%的機(jī)械事故都和金屬疲勞有關(guān)。

  那么，看似堅(jiān)硬的金屬為什么會(huì)疲勞呢？

  正所謂“黃金無(wú)足色，白璧有微瑕”，我們目前所用的金屬并非是完美的，在加工或使用的過(guò)程中，金屬總會(huì)存在一些缺陷，比如內(nèi)部有雜質(zhì)或孔洞、表面有劃痕。這些缺陷往往只有微米量級(jí)，很難通過(guò)肉眼觀察，如果給金屬施加一個(gè)不變的拉力，它們并不容易產(chǎn)生裂縫。

  可如果外力是反復(fù)變化的，一會(huì)兒是拉力一會(huì)兒是壓力，一部分能量就會(huì)轉(zhuǎn)換成熱，積累在金屬內(nèi)部，一旦超過(guò)某個(gè)限度，金屬就很容易在缺陷處發(fā)生原子間的化學(xué)鍵斷裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

  顯微鏡觀測(cè)到的金屬缺陷及起始于該缺陷的金屬疲勞開(kāi)裂過(guò)程（資料圖，經(jīng)作者漢化）

  人如果過(guò)度疲勞，常會(huì)引發(fā)疾病甚至死亡，金屬如果疲勞了，則會(huì)帶來(lái)更大的危害，甚至造成群體傷亡。

  除了前文提到的飛行事故，輪船、列車、橋梁、汽車等也常因金屬疲勞招致災(zāi)難：

  二戰(zhàn)期間，美國(guó)的5000艘貨船發(fā)生了近1000次金屬疲勞事故，200多艘貨船徹底歇菜；1998年，德國(guó)一列高速行駛的動(dòng)車因車輪輪箍的疲勞斷裂而脫軌，造成100余人死亡……

  1998年，因車輪輪箍的疲勞斷裂造成了德國(guó)史上最嚴(yán)重的列車事故（圖片來(lái)源：鳳凰網(wǎng)）

  由于金屬疲勞是較小的外力反復(fù)長(zhǎng)期作用的結(jié)果，金屬在開(kāi)裂前基本沒(méi)有明顯的塑性變形，因此往往很難提前發(fā)現(xiàn)金屬的疲勞。

  難道我們就對(duì)邪惡的金屬疲勞束手無(wú)策了嗎？非也。

  經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的不懈努力，如今已有多種方法可以檢測(cè)金屬的疲勞，超聲波、紅外線、γ射線等都能對(duì)金屬進(jìn)行體檢。

  日本的科學(xué)家還發(fā)明了一種摻入鈦酸鉛粉末的特殊涂料，在敲擊金屬時(shí)，金屬表面的涂料薄膜中會(huì)有電流通過(guò)，且電流的大小和金屬的疲勞程度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量這股電流，便可知道金屬究竟有多“累”。

  為了減少金屬疲勞事故的發(fā)生，科學(xué)家們?cè)诮饘俚闹苽浜褪褂眠^(guò)程中也做足了功夫。

  我們?cè)谏钪薪佑|到的機(jī)械幾乎都是用合金制成的，而很少采用單一金屬，這是由于合金中的幾種物質(zhì)能填補(bǔ)彼此的空隙，有效提高金屬抵抗疲勞的能力。

  在加工和使用金屬零件時(shí)，保持表面光潔、遠(yuǎn)離腐蝕環(huán)境，也能有效減少疲勞的發(fā)生。

  盡管如此，由于影響因素非常復(fù)雜，如今想要完全避免金屬疲勞仍是不可能的，科學(xué)家們的研究之路依舊漫長(zhǎng)。

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