你能想象飛機在飛行過程中機頭突然斷掉的情形嗎？2007年，美國空軍的一架F-15戰斗機在模擬空戰時就出現了如此驚險的一幕。這次事故造成美軍F-15戰機大面積停飛，調查結果顯示，事故起因于飛機上的一根金屬縱梁發生了疲勞。

    無獨有偶，2002年，一架由我國臺灣飛往香港的波音747客機在澎湖附近海域解體墜毀，造成包括機組成員在內共225人不幸罹難。事后調查認為，飛機上一塊修補過的蒙皮發生了嚴重的金屬疲勞開裂，造成機尾脫落，最終導致飛機因艙體失壓而解體。

    看到這里，不少小伙伴都會疑惑：人累了會疲勞，怎么金屬也會疲勞？

    F-15戰機機頭與機身分離及飛行員彈射出艙過程

    F-15的飛行事故就是由圖中縱梁的疲勞引發的

    生活經驗告訴我們，要想徒手拉斷鐵絲是非常困難的，但如果反復折幾下卻很容易折斷。這表明，即使反復變化的外力遠小于能將金屬直接拉斷的恒力，也會使它的機械性能逐漸變弱并最終損毀。金屬的這種現象和人在長期工作下的疲勞非常像，科學家們便形象地稱其為“金屬疲勞”。

金屬疲勞示例

    雖然很多人都沒聽過金屬疲勞的事兒，但它卻廣泛潛伏在人們的日常生活中，常常引發出人意料的嚴重事故。據估計，約90%的機械事故都和金屬疲勞有關。看似堅硬的金屬為什么會疲勞呢？

    正所謂“黃金無足色，白璧有微瑕”，我們目前所用的金屬并非是完美的，在加工或使用的過程中，金屬總會存在一些缺陷，比如內部有雜質或孔洞、表面有劃痕。這些缺陷往往只有微米量級，很難通過肉眼觀察，如果給金屬施加一個不變的拉力，它們并不容易產生裂縫。可如果外力是反復變化的，一會兒是拉力一會兒是壓力，一部分能量就會轉換成熱，積累在金屬內部，一旦超過某個限度，金屬就很容易在缺陷處發生原子間的化學鍵斷裂，導致結構開裂。

顯微鏡觀測到的金屬缺陷及起始于該缺陷的金屬疲勞開裂過程

    人如果過度疲勞，常會引發疾病甚至死亡，金屬如果疲勞了，則會帶來更大的危害，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難：二戰期間，美國的5000艘貨船發生了近1000次金屬疲勞事故，200多艘貨船徹底歇菜；1998年，德國一列高速行駛的動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史上最嚴重的列車事故由于金屬疲勞是較小的外力反復長期作用的結果，金屬在開裂前基本沒有明顯的塑性變形，因此往往很難提前發現金屬的疲勞。難道我們就對邪惡的金屬疲勞束手無策了嗎？非也。經過科學家們的不懈努力，如今已有多種方法可以檢測金屬的疲勞，超聲波、紅外線、γ射線等都能對金屬進行體檢。日本的科學家還發明了一種摻入鈦酸鉛粉末的特殊涂料，在敲擊金屬時，金屬表面的涂料薄膜中會有電流通過，且電流的大小和金屬的疲勞程度有關，通過測量這股電流，便可知道金屬究竟有多“累”。

    為了減少金屬疲勞事故的發生，科學家們在金屬的制備和使用過程中也做足了功夫。我們在生活中接觸到的機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能填補彼此的空隙，有效提高金屬抵抗疲勞的能力。在加工和使用金屬零件時，保持表面光潔、遠離腐蝕環境，也能有效減少疲勞的發生。盡管如此，由于影響因素非常復雜，如今想要完全避免金屬疲勞仍是不可能的，科學家們的研究之路依舊漫長。

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責任編輯：王元

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