金属疲劳 [复制链接]

第6版()
专栏：科学小品

金属疲劳
王燮山
据报道，今年五月下旬，一架满载乘客的美国巨型三引擎喷气客机从芝加哥机场起飞后不久，就失去左边一具引擎，随即着火燃烧，然后爆炸坠地。有关当局在对这架失事飞机的残骸进行检查后发现，这架飞机上连接一具引擎与机翼的螺栓因金属疲劳而折断，因而造成这次严重的事故。
人累了会疲劳，难道金属材料也会疲劳吗？
用双手要将一根细铁丝拉断，这是很费力的。然而，若用双手将细铁丝来回反复弯折，那么很快就会将铁丝折断。这说明，象钢铁之类的金属在反复交变的外力作用下，它的强度要比在不变的外力作用下小得很多。人们把这种现象叫做金属材料的“疲劳”。
金属材料为什么会疲劳呢？原来，当金属材料所受的外力超过一定的限度时，在材料内部存在缺陷，或者是相互作用最强的地方，会出现极微细的裂纹。如果材料所受的外力是不变化的，材料内部的这些微裂纹就不容易扩展，材料也就不易损坏。但若材料所受的是方向或大小不断重复变化的外力，这时候这些微裂纹的边缘，在交变的外力作用下，就会时而张开，时而相压，彼此相互研磨，使得裂缝逐渐扩大和发展。当裂纹发展扩大到一定程度，材料被削弱到不再能承担外力时，就会发生断裂。据统计，在近代机械中的零件，几乎近百分之九十的损坏，都要归咎于金属材料的疲劳。
由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。据研究，在第二次世界大战期间，美国的五千艘货船共发生一千多次破坏事故，有二百三十八艘完全报废，其中有很多起事故都是由于材料的疲劳而造成的。
怎样才能减少金属材料疲劳裂纹的产生呢？一是尽量减少零件上的薄弱环节，如孔、槽、切口等，因为疲劳裂纹常常发生在这些地方；二是提高零件表面的光洁度，保护表面不受锈腐蚀之害，因为加工粗糙所产生的刻划痕以及材料受锈腐之处，都是容易产生微裂纹的渊薮；三是将零件表面进行强化处理，例如辗压零件的表面，用强力钢砂流或高压水流喷打零件表面，使材料表面强化，从而不易产生微裂缝。
总之，金属的疲劳也是可以防治的。