金属也会跟人一样疲劳?

陕西科技报 2020-08-30

  

  人在高强度工作之后会产生疲劳感,可你知道吗?金属也会疲劳,而且有可能会造成损害。当我们直接拉一段铁丝时,铁丝很难被拉断,但反复弯折就很容易折断。这就说明,金属材料在受到反复变化的外力作用时,强度会下降得非常明显,科学上把这种现象叫做金属疲劳。

  实践证明,金属疲劳是十分普遍的现象,在人们的日常生活中也常发生,如打水时压水井杆断裂、炒菜时铝铲折断、挖地时铁锨断裂。据研究,80%以上的机械零件损坏是由金属疲劳造成的。历史上也曾发生过多次因金属疲劳而引发的大桥断裂、车祸、飞机失事等重大事故。

  金属疲劳为什么会产生破坏作用呢?

  金属的内部结构并不是完全均匀的,应力传递过程中处于非平衡状态,某些区域还会成为应力集中点。而且金属内部也存在缺陷,会有许多微裂纹的存在。

  在承受外力的连续作用下,微裂纹会逐渐变大,内部传递应力的部分会逐渐减少。当最终不能再继续传递应力时,金属结构就会被破坏而发生断裂。

  科学研究表明,金属疲劳可以预先检测出来,近年来,通过各种检测手段避免了很多因金属疲劳而可能发生的事故。在汽车刹车失灵、飞机发动机爆裂、铁桥崩塌等因金属疲劳而发生事故之前,刹车、机身、桥梁上都会产生异常震动,这种突发的现象就是金属疲劳的一种征兆。

  为了避免金属疲劳,应尽量减少金属器件上的薄弱区域,往往疲劳断裂就发生在这些区域,比如开孔、挖槽、切口等。再则,要提高金属器件的表面光洁度,避免产生腐蚀生锈,否则会引发表面损伤。通过对金属器件表面进行强化处理可提高强度,比如通过辗压的方式达到表面强化,避免产生微裂纹,从而减小金属疲劳产生的几率。

  在金属器件的设计上也可避免金属疲劳引发的事故,比如在薄弱区域采用复式结构,有一个零部件被破坏,备用零件可暂时承受外力。

  随着科技的发展,材料的创新研发日新月异,目前已研制出多种含有金属的复合材料,比如金属和玻璃纤维的复合材料。这些复合材料在保留金属高强度特性的同时,还增加了其他材料的某些特性,缓解了金属疲劳。

  (尹 佳)

责任编辑:王超

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