金属也会累

人们所见到的金属，看起来熠光闪闪、铮铮筋骨，被广泛用来制造机器、兵刃、舰船、飞机等等。其实，金属在各种外力的反复作用下，会产生疲劳状态，而且，一旦产生疲劳就会因得不到恢复造成十分严重的后果。据150多年来的统计，金属部件中有80%以上的损坏是由于疲劳引起的。在人们的日常生活中，金属疲劳带来的危害现象也同样会发生（图7-10）。一辆正在马路上行走的自行车突然前叉折断，炒菜时铝铲折断，刨地时铁镐从中一分为二等现象更是屡见不鲜。

（图7-10）金属疲劳导致意外

那么，金属为什么会发生疲劳破坏呢？原来，金属材料表面或内部微观组织并不是十全十美的。在冶炼、轧制或机械加工中，往往会产生一些气孔、砂眼、夹碴和划痕等缺陷。缺陷使金属组织不均匀，形成所谓应力集中。显然，在应力集中区，金属的承载能力最小，缺陷处会最先出现裂纹。裂纹使一部分金属失去承载力，余下部分的应力将随着增加。由于金属还有一定的剩余强度，所以，出现裂纹后并不立刻破坏。但是，在裂纹的端头，必定有尖锐的切口，于是这里又形成了新的应力集中区。在连续使用下，又继续裂开。这样，裂纹愈来愈大，金属能够传递应力的部分越来越少，直到剩余部分不足以传递载荷时，金属构件就全部彻底崩溃了。因此疲劳是由应力集中——裂缝——新的应力集中——裂纹扩大——构件破坏的恶性循环过程。

早在100年前，人们就发现疲劳是金属的大敌。但那时还没有仪器能够查明疲劳破坏的原因。显微镜的出现，使人类第一次对金属进行了细致的检查。到20世纪50年代，电子显微镜薄膜技术的发展，促进了这种检查的深入，现在不但初步褐开了疲劳的奥秘，而且也有了一套妙法来对付这个“大敌”。

人们为了增强人体的抵抗力，往往要吃一些维生素来滋补强身，在金属材料中同样也可以采用这个办法。现在，冶金工业已有了许多种“维生素”，它们使许多金属“添劲强身”、“延年益寿”。例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千分之几的稀土元素，便可大大提高这些金属抵抗“疲劳”的本领，而延长使用寿命。

科学小链接

金属疲劳与空难

一九五四年，英国的一驾“慧星式”喷气客机飞临地中海上空。突然，“轰”的一声巨响，机身碎裂，坠入地中海，机上人员全部罹难。这一年，“慧星式”空中爆炸事件在英国接连发生了两起。一九七八年五月，美国的一架巨型客机，载着二百七十多名乘客和机组人员，从芝加哥起飞。起飞后不到一分钟，由于发动机上的一根螺栓突然断裂而使飞机坠地焚毁，机上人员无一幸免。这是美国航空史上屈指可数的最大的空中惨案之一。事后查明，这几起空难起因于同一肇事者——金属“疲劳”。