金屬也疲勞

2011年4月1日下午，一架美國波音737客機因機身突然破損緊急迫降。乘客布倫達#8226;里斯說，她當時聽到“類似開槍”的聲音，隨后氧氣面罩落下，飛機突然下墜，一些乘客因缺氧而昏倒。飛機在5分鐘內(nèi)急降7 600米，所幸飛機成功迫降，僅一名空乘人員受輕傷。

事故發(fā)生后，航空安全專家立刻進行檢查，發(fā)現(xiàn)飛機中段過道上方機身有一個1.8米長的破洞。

安全專家認為，機身出現(xiàn)破洞是由金屬疲勞現(xiàn)象引起的。人累了就會有疲勞的感覺，想不到金屬也會疲勞。人過度疲勞后會導(dǎo)致個體生病或死亡，而金屬疲勞會造成更大的傷害！

金屬為何會疲勞

1998年6月3日，德國一列高速列車在行駛中突然出軌，造成100多人遇難身亡的重大事故。事后經(jīng)過調(diào)查，人們發(fā)現(xiàn)，造成事故的原因竟是一節(jié)車廂的車輪內(nèi)部金屬疲勞斷裂，從而導(dǎo)致了這場近50年來德國最慘重鐵路事故的發(fā)生。實踐證明，金屬疲勞已經(jīng)是十分普遍的現(xiàn)象。據(jù)150多年來的統(tǒng)計，金屬部件中有80％以上的損壞是由于疲勞而引起的。

人的疲勞感覺來自于長期的勞累或一次過重的負荷，金屬也是一樣。金屬的機械性能會隨著時間而漸漸變?nèi)酰@就是金屬的疲勞。在正常使用機械時，重復(fù)的推、拉、扭或其他的外力都會造成機械部件中金屬的疲勞。這是因為機械受壓時，金屬中原子的排列會大大改變，大的壓力會使金屬原子間的化學(xué)鍵斷裂而導(dǎo)致金屬裂開。

其實，不僅僅是那些安全專家會遭遇到金屬疲勞的問題。日常生活中，也同樣會發(fā)生金屬疲勞帶來危害的現(xiàn)象。一輛正在馬路上行駛的自行車突然前叉折斷，造成車翻人傷的后果。再比如，炒菜時鋁鏟突然折斷，會導(dǎo)致油沫飛濺到臉上而出現(xiàn)燙傷；挖地時，鐵锨突然折斷，可能把人摔一個跟頭。

為金屬做體檢

1979年5月25日，一架滿載乘客的美國三引擎巨型噴氣客機，從芝加哥起飛不久，就失去了左邊一個引擎，隨即著火燃燒，然后爆炸墜地。機上273名乘客和機組人員無一幸免。這是世界航空史上最悲慘的事件之一。事后，有關(guān)當局對殘骸進行檢查后發(fā)現(xiàn)，這架飛機上連接引擎與機翼的螺栓因金屬疲勞折斷，從而導(dǎo)致引擎燃燒爆炸。

由于金屬材料的疲勞一般難以被發(fā)現(xiàn)，因此常常造成突發(fā)事故。早在100多年以前，人們就發(fā)現(xiàn)了金屬疲勞給各個方面帶來的損害，但由于技術(shù)落后，還不能查明疲勞出現(xiàn)的原因。在第二次世界大戰(zhàn)期間，美國的5 000艘貨船共發(fā)生了1 000多次破壞事故，有238艘完全報廢，其中大部分要歸咎于金屬的疲勞。直到出現(xiàn)了電子顯微鏡，人類在揭開金屬疲勞秘密的道路上才不斷取得新的成果，并開發(fā)出一些發(fā)現(xiàn)和消除金屬疲勞的手段。

科學(xué)研究表明，金屬疲勞并非完全難以檢測。近年來，應(yīng)用科學(xué)的檢測手段避免了不少因金屬疲勞而可能發(fā)生的事故。科學(xué)家證實，汽車剎車突然失靈而掉下懸崖、飛機發(fā)動機突然爆裂、強風使鐵橋垮塌等慘禍發(fā)生前，剎車、機身、橋梁上都會產(chǎn)生異常震動，這實際上就是“金屬疲勞”的一種征兆。所以，當工程師設(shè)計飛機、汽車、橋梁或其他機械時，都必須考慮到金屬疲勞問題，并對這些金屬建筑或機械定期“體檢”，以確保安全。

現(xiàn)在，冶金學(xué)家通常可以用顯微鏡來查找金屬表面看不見的瑕疵，他們研究如何以最好的方法來保護金屬，以免出現(xiàn)金屬疲勞。

冶金學(xué)家還可以通過研究金屬的破裂狀況，能進一步了解金屬的結(jié)構(gòu)，以便研究如何減少金屬破裂的概率。

讓金屬“強身健體”

那么，該如何減少金屬疲勞的現(xiàn)象呢?

其實，古人早就知道了如何讓金屬“強壯”的方法，那就是鍛煉它們，令它們“百煉成鋼”。現(xiàn)在我們所說的“鍛煉身體”一詞，其實就來源于對金屬的鍛煉。鍛煉金屬的方法是熱處理，例如對鋼不斷回火和捶打，使其韌化，減弱金屬容易疲勞的特性。

人們想到的另外一個方法是向單一金屬中摻入其他物質(zhì)，填補金屬中的空隙和修補瑕疵。如果摻入的物質(zhì)是金屬，就可以制造出合金，用兩種金屬相互填充空隙的方法來彌補瑕疵，并使得金屬強度增高。向金屬中加入碳，也可以制造出高強度碳鋼。在金屬材料中添加各種“維生素”，也是增強金屬抗疲勞的有效辦法。例如在鋼鐵和有色金屬里，加進萬分之幾或千萬分之幾的稀土元素，就可以大大提高這些金屬抗疲勞的能力，延長使用壽命。

在設(shè)計機械時，也應(yīng)盡量減少可能發(fā)生的金屬疲勞事故。比如，可以消除零件上的薄弱環(huán)節(jié)，減少開孔、挖槽、切口等，因為疲勞裂紋常常發(fā)生在這些地方。

隨著科技的進步，更多含有金屬的復(fù)合材料已經(jīng)被研制出來，如金屬和玻璃纖維或塑料的合成物。這些復(fù)合材料使得金屬不但保留了原來的強度，而且增加了纖維和塑料的韌性，使得金屬不再輕易疲勞。