来源：蝌蚪五线谱作者：朱磊
你能想象飞机在飞行过程中机头突然断掉的情形吗？2007年 ， 美国空军的一架F-15战斗机在模拟空战时就出现了如此惊险的一幕 。 这次事故造成美军F-15战机大面积停飞 ， 而调查结果显示 ， 事故起因于飞机上的一根金属纵梁发生了疲劳 。
无独有偶 ， 2002年 ， 一架由我国台湾飞往香港的波音747客机在澎湖附近海域解体坠毁 ， 造成包括机组成员在内共225人不幸罹难 。
事后调查认为 ， 飞机上一块修补过的蒙皮发生了严重的金属疲劳开裂 ， 造成机尾脱落 ， 最终导致飞机因舱体失压而解体 。
看到这里 ， 不少小伙伴都会疑惑：
人累了会疲劳 ， 怎么金属也会疲劳？
F-15战机机头与机身分离及飞行员弹射出舱过程
F-15战机机头与机身分离及飞行员弹射出舱过程
文章插图
【金属|飞机头突然断掉：其实金属也会累】F-15的飞行事故就是由图中纵梁的疲劳引发的
生活经验告诉我们 ， 要想徒手拉断铁丝是非常困难的 ， 但如果反复折几下却很容易折断 。
这表明 ， 即使反复变化的外力远小于能将金属直接拉断的恒力 ， 也会使它的机械性能逐渐变弱并最终损毁 。
金属的这种现象和人在长期工作下的疲劳非常像 ， 科学家们便形象地称其为“金属疲劳” 。
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金属疲劳示例
虽然很多人都没听过金属疲劳的事儿 ， 但它却广泛潜伏在人们的日常生活中 ， 常常引发出人意料的严重事故 。 据估计 ， 约90%的机械事故都和金属疲劳有关 。
看似坚硬的金属为什么会疲劳呢？
正所谓“黄金无足色 ， 白璧有微瑕” ， 我们目前所用的金属并非是完美的 ， 在加工或使用的过程中 ， 金属总会存在一些缺陷 ， 比如内部有杂质或孔洞、表面有划痕 。 这些缺陷往往只有微米量级 ， 很难通过肉眼观察 ， 如果给金属施加一个不变的拉力 ， 它们并不容易产生裂缝 。
可如果外力是反复变化的 ， 一会儿是拉力一会儿是压力 ， 一部分能量就会转换成热 ， 积累在金属内部 ， 一旦超过某个限度 ， 金属就很容易在缺陷处发生原子间的化学键断裂 ， 导致结构开裂 。
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显微镜观测到的金属缺陷及起始于该缺陷的金属疲劳开裂过程
人如果过度疲劳 ， 常会引发疾病甚至死亡 ， 金属如果疲劳了 ， 则会带来更大的危害 ， 甚至造成群体伤亡 。
除了前文提到的飞行事故 ， 轮船、列车、桥梁、汽车等也常因金属疲劳招致灾难：
二战期间 ， 美国的5000艘货船发生了近1000次金属疲劳事故 ， 200多艘货船彻底歇菜；1998年 ， 德国一列高速行驶的动车因车轮轮箍的疲劳断裂而脱轨 ， 造成100余人死亡……
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1998年 ， 因车轮轮箍的疲劳断裂造成了德国史上最严重的列车事故
由于金属疲劳是较小的外力反复长期作用的结果 ， 金属在开裂前基本没有明显的塑性变形 ， 因此往往很难提前发现金属的疲劳 。
难道我们就对金属疲劳束手无策了吗？
经过科学家们的不懈努力 ， 如今已有多种方法可以检测金属的疲劳 ， 超声波、红外线、γ射线等都能对金属进行体检 。
日本的科学家还发明了一种掺入钛酸铅粉末的特殊涂料 ， 在敲击金属时 ， 金属表面的涂料薄膜中会有电流通过 ， 且电流的大小和金属的疲劳程度有关 ， 通过测量这股电流 ， 便可知道金属究竟有多“累” 。
为了减少金属疲劳事故的发生 ， 科学家们在金属的制备和使用过程中也做足了功夫 。
我们在生活中接触到的机械几乎都是用合金制成的 ， 而很少采用单一金属 ， 这是由于合金中的几种物质能填补彼此的空隙 ， 有效提高金属抵抗疲劳的能力 。
在加工和使用金属零件时 ， 保持表面光洁、远离腐蚀环境 ， 也能有效减少疲劳的发生 。
尽管如此 ， 由于影响因素非常复杂 ， 如今想要完全避免金属疲劳仍是不可能的 ， 科学家们的研究之路依旧漫长 。
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