给金属做个体检吧

杨先碧

2011年4月1日下午，美国西南航空公司一架波音737客机因飞行途中机身破损，在5分钟内急降7 600米，所幸成功迫降，仅1名空乘人员受轻伤。事故发生后，航空安全专家赶赴现场检查后发现，飞机中段过道上方机身有一个1.8米长的破洞。

机身为什么会有破洞呢？安全专家表示，机身会出现破洞，是因为金属产生了疲劳现象。和人一样，金属也会疲劳。当人过度疲劳，会导致个体生病或死亡。而金属一旦疲劳，其强度会降低，甚至断裂损毁，从而可能导致某个人类群体的灾难！

这绝不是危言耸听。1979年5月25日，一架满载乘客的美国航空公司DG-10型三引擎巨型喷气客机，从芝加哥起飞不久，就失去了左边一台引擎，随即着火燃烧，爆炸坠落。机上乘客及机组人员共计273人无一幸免，这是世界航空史上最惨痛的事件之一。有关部门对飞机的残骸检查后发现，飞机上连接故障引擎与机翼的螺栓因金属疲劳而折断，最终导致了这场悲剧。

金属为何会疲劳

金属疲劳已是十分普遍的现象了。据统计，金属部件中有80%以上的损坏是由疲劳引起的。那么，金属为什么会疲劳呢？回答这个问题之前，我们先来做一个小实验：找一把铝合金汤匙，然后在柄的根部将汤匙微微来回弯曲数次，你会发现，汤匙很快就断裂了。

人的疲劳感觉来自于长期的劳累或某次过重的负荷，金属也一样。金属的机械性能会随着时间而渐渐变弱，这就是金属的疲劳。在正常使用机械时，重复地推、拉、扭或给予其他外力作用，都会造成金属机械部件的疲劳。这是因为机械受压时，金属原子的排列会发生改变，强大的压力会使金属原子间的化学键断裂而导致金属裂开。

为金属做体检

由于金属材料的疲劳一般很难发现，因此常常造成突发事故。不过科学家发现，在汽车刹车突然失灵、飞机发动机突然爆裂、强风使铁桥崩塌等惨祸发生前，刹车、机身、桥梁上都会产生异常震动，这实际上就是金属疲劳的一种征兆。所以，工程师设计汽车、飞机、桥梁或其他机械时，都必须考虑到金属的疲劳问题，并对这些金属建筑或机械定期进行“体检”，以确保安全。

所有金属表面都存在微小的缺陷，有的肉眼可见，有的则不可见。这些瑕疵都会使得应力在该处产生，一次负载过重或多次猛烈晃动，都会导致金属产生疲劳而从瑕疵处裂开。不过，现在冶金学家可以用显微镜来检视金属表面那些肉眼看不见的瑕疵了，并据此研究保护金属的方法，以避免金属产生疲劳。

日本原子能研究所的研究人员还研制出了一种“聪明涂料”，这种涂料乍看和普通涂料没什么区别，但“聪明涂料”中掺入了钛酸铅粉末，将“聪明涂料”涂在金属板上，再敲击金属板使其震动，涂膜中就会产生电流，这便可作为研究人员分析金属疲劳程度的信息。例如，将“聪明涂料”涂在飞机机翼上，定期检测涂膜中产生的电流，一旦发现电流异常，就立即实施紧急精密检查，及时查明原因，从而排除事故隐患。

让金属“强身健体”

在如今这个机器时代和未来的机器人时代，如何防止金属疲劳显得尤为重要。现在人们已经掌握了一些强化金属的方法，提高了金属的“健康”程度。其实，古人早就知道让金属“强壮”的方法了，那就是锻炼它们。

锻炼金属的方法就是热处理，不断回火和捶打，使其韧化，令其“百炼成钢”，减弱其易疲劳的特性。

向单一金属中掺入其他物质，填补金属中的空隙和瑕疵，是人们想到的另外一个办法。在金属中掺入另一种金属或非金属，就可以制造出合金，用两种金属相互填充空隙的方法来弥补瑕疵，同时能使金属强度增高；如果加入碳，则可制造出高强度碳钢。在金属材料中添加各种稀有金属，也是增强金属抗疲劳的有效办法。例如在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千万分之几的稀土元素，就可大大提高这些金属抗疲劳的能力，延长其使用寿命。随着科技的进步，人们已研制出了更多含有金属的复合材料，如金属和玻璃纤维或塑料的合成物。这些复合材料不但保留了原来金属的强度，还增加了纤维和塑料的韧性，使得金属不会再轻易疲劳。

另外，在设计机械时，应尽量消除零件上的薄弱环节，减少开孔、挖槽、切口等，因为疲劳裂纹常常发生在这些地方；应提高零件表面的光洁度，减少划痕，保护表面不受生锈腐蚀之害；还应对零件表面进行强化处理，比如辗压零件表面，使之强化。这些都有助于减少金属裂纹的产生，从而避免可能发生的金属疲劳事故。