看似坚硬的金属为什么也会疲劳呢？

你能想象飞机在飞行中突然打破机头吗？2007年，美国空军的一架F-15战斗机在模拟空战时，有过如此惊心动魄的一幕。这起事故导致美国F-15战斗机大规模停飞。调查结果表明，事故是由飞机上的一根金属纵梁疲劳引起的。

同样，2002年，一架从*飞往香港的波音747飞机在澎湖附近海域坠毁，包括机组人员在内的225人丧生。经过调查，据信飞机上一个修理过的蒙皮出现了严重的金属疲劳裂纹，导致机尾脱落，最终导致飞机因机舱失压而解体。

看到这里，许多小伙伴会想:当人们累了，他们就会累。金属怎么也累了？

F-15飞机机头和机身分离和飞行员弹射过程(照片来源:www.snopes.com)

F-15飞行事故是由纵梁疲劳引起的(网络图)

生活经验告诉我们，徒手折断电线是非常困难的，但是如果你折叠几次，就很容易折断。这表明，即使反复变化的外力远远小于直接破坏金属的恒力，其机械性能也会逐渐减弱，最终被破坏。这种金属现象非常类似于人们在长期工作下的疲劳。科学家将其比喻为“金属疲劳”。

金属疲劳的例子(图片来源:www.yama-kin.co.jp，作者中文)

虽然许多人从未听说过金属疲劳，但它广泛地潜伏在人们的日常生活中，经常导致意想不到的严重事故。据估计，约90%的机械事故与金属疲劳有关。为什么看似坚硬的金属很累？

正如俗话所说，“黄金没有颜色，而白色的墙有轻微的缺陷”，我们目前使用的金属并不完美。在加工或使用过程中，金属总会有一些缺陷，如内部的杂质或孔洞以及表面的划痕。这些缺陷通常只有微米级，肉眼难以观察。如果对金属施加恒定的拉力，它们就不容易产生裂纹。然而，如果外力反复变化，从张力到压力，一部分能量将转化为热量并积聚在金属中。一旦超过一定限度，金属将很容易破坏缺陷处原子间的化学键，导致结构开裂。

金属缺陷的微观观察和金属疲劳开裂过程从缺陷开始(数据图，作者中文版)

如果人们太累了，他们经常会导致疾病甚至死亡。如果金属疲劳，它们会带来更多的伤害，甚至造成大规模伤亡。除上述飞行事故外，船舶、火车、桥梁、汽车等。也经常遭受金属疲劳。在第二次世界大战期间，美国5000艘货船发生了近1000起金属疲劳事故，200多艘货船完全停止。1998年，一辆德国高速列车因轮缘疲劳断裂而出轨，造成100多人死亡...

1998年，德国历史上最严重的火车事故是由车轮箍疲劳断裂引起的(照片来源:凤凰网)

由于金属疲劳是小外力反复长期作用的结果，金属在开裂前基本上没有明显的塑性变形，因此通常很难提前发现金属疲劳。我们对邪恶的金属疲劳无能为力吗？不。通过科学家们的不懈努力，现在有许多方法可以检测金属疲劳、超声波、红外线、伽马射线等。可用于金属体检。日本科学家还发明了一种混合有钛酸铅粉末的特殊涂料。敲击金属时，电流会通过金属表面的漆膜，电流的大小与金属的疲劳程度有关。通过测量电流，人们可以知道金属有多“累”。

为了减少金属疲劳事故的发生，科学家们也在金属的制备和使用方面做出了巨大的努力。我们生活中接触到的几乎所有机器都是由合金制成的，但很少使用单一金属。这是因为合金中的几种物质可以填补彼此之间的空隙，有效地提高金属抗疲劳的能力。加工和使用金属零件时，应保持表面清洁，远离腐蚀性环境，这样也能有效减少疲劳的发生。然而，由于影响因素的复杂性，完全避免金属疲劳仍然是不可能的，科学家们还有很长的路要走。