可怕的“金属疲劳”，为什么细微裂纹，能引发灾难性的事故？

你知道吗，不仅人累了会有疲惫的感觉，金属同样会出现劳累的情况。

金属疲劳导致的事故

在上世纪50年代，英国德·哈维兰公司研制的“彗星”1型客机接连发生了3次坠毁事故。

“彗星”1型客机飞机样貌

后经调查人们发现，长时间的飞行加上频繁地起降，使机体反复承受着增压和减压的过程。以飞机的方形窗户为例，尖锐的四角让应力过于集中，一个小小的裂缝很快就能延伸成大裂缝，机身一旦从这裂开，很可能引发坠机事故。自此之后，飞机制造商便吸取教训，不再使用传统的方形窗户，而是更能均匀分散应力的圆角舷窗。

窗户残骸

现在民航飞机的舷窗

两种窗户的受力对比

再比如举重选手使用的杠铃。上世纪60年代末，苏联的一位运动员正在向他的挺举个人纪录发起冲击，让人意外的是，进行下蹲翻动作时，杠铃突然在胸口的高度断成两截，此时，杠铃上升的惯性、运动员下蹲的趋势和杠铃本身的弹力三者合一，使锋利的断裂端直接刺进了他的颈部，当场死亡。而这背后的“真凶”就是经常摔打导致的金属疲劳，所以对举重运动员来说，杠铃用一段时间，就要更换一次。

为什么金属疲劳会产生破坏作用呢？

首先，是金属内部的结构不均匀，这就导致力的传递不平衡，有的地方过于集中。

其次，在金属内部的缺陷处还存在着许多细小的裂纹，在力的持续作用下，裂纹会越来越大，直到材料中没有能传递应力的部分，金属构件也就全部毁坏了。

有什么方法能提前发现金属疲劳呢？

无损检测的方法有很多，射线检测、超声检测、磁粉检测、液体渗透检测……以磁粉探伤法为例，如果金属内部的组织是非常均匀的，那么它被磁化后就会产生均匀的磁力线，反之 如果有裂纹、气孔等缺陷，这部分散乱的磁场会吸引磁粉，从而将缺陷暴露出来。

磁粉探伤

当然，除了及时发现问题，也可以主动让金属变“强壮”。比如古代的百炼钢，就是通过不断捶打的方式，增强钢铁的韧性；再比如向金属中掺杂其他物质，加入的如果是另外一种金属，可以制造出合金；加入的如果是碳，可以制造出高强度碳钢；加入的如果是玻璃纤维、塑料等，可以制造出复合材料。

合金

碳钢

玻璃钢

有意思的是，聪明的人类还利用金属疲劳这一特性研制出了“应力断料机”，即可以通过裂纹和裂纹的扩展，以最小的能耗实现金属的断裂。

仅以示意

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