飞机头突然断掉：其实金属也会累

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”。

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。

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……

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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