金屬也會(huì)疲勞

周軍

生活中，我們可能遇到過這樣的現(xiàn)象：在沒有任何工具的情況下，你無論使用多大的外力，都不能用手輕易地把一條細(xì)鐵絲拉斷；如果先用手將細(xì)鐵絲捋直，再用較小的力來回彎折幾次，無需多時(shí)便能將它折斷。

如果施加的外力時(shí)而是拉力，時(shí)而是壓力，會(huì)導(dǎo)致部分能量轉(zhuǎn)換成熱能，積累到某個(gè)限度時(shí)，金屬構(gòu)件就會(huì)發(fā)生開裂。對(duì)于這種現(xiàn)象，科學(xué)家有著共識(shí)，并將破壞產(chǎn)生的原因歸結(jié)為金屬疲勞。

金屬也會(huì)疲勞嗎？科學(xué)家給出的答案是：會(huì)的。金屬跟人體一樣，超過了一定限度就會(huì)產(chǎn)生疲勞。所謂金屬疲勞，一般是指材料、零構(gòu)件在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變的作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性的累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。

金屬疲勞是變化的外力反復(fù)長(zhǎng)期作用帶來的結(jié)果。但因?yàn)榻饘僭陂_裂前基本沒有明顯的變形，因此人們很難提前發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，不同于人感到疲勞后稍加休息便可重新恢復(fù)體力，金屬疲勞是不可逆的。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代機(jī)器設(shè)備中，大部分零部件損壞都是由金屬疲勞造成的。金屬疲勞導(dǎo)致的細(xì)小裂縫，甚至?xí)l(fā)輪船沉沒、飛機(jī)墜毀、橋梁倒塌等災(zāi)難性事故。

1985年，日本航空公司的一架波音飛機(jī)墜毀，導(dǎo)致數(shù)百人罹難。經(jīng)查，事故的起因是機(jī)尾處壓力壁面板出現(xiàn)了金屬疲勞；1998年，德國某列車發(fā)生嚴(yán)重脫軌事故，其誘因也是一只發(fā)生金屬疲勞的車輪鋼圈……在歷史上，因金屬疲勞導(dǎo)致的災(zāi)難性事故并不少見，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位疲勞損傷結(jié)構(gòu)，其造成的損失難以估量。

瑞士推出一種加入自修復(fù)劑的復(fù)合材料，使得受損部位獲得“再生”的本領(lǐng)。當(dāng)飛機(jī)外部出現(xiàn)損傷，只需利用便攜式熱空氣噴槍將受損部位加熱至150℃，即可激活材料內(nèi)部的修復(fù)劑。只需60秒的時(shí)間，受損部位便可在不改變材料原有結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，且材料的抗裂能力還會(huì)提升至原材料的1.3倍。

在航空航天飛行器、艦船及車輛裝備等領(lǐng)域，這種具備再生能力的復(fù)合材料擁有廣闊的應(yīng)用前景。