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金属“疲劳”会酿大祸,您知道吗?
发布:lee_9124   时间:2015/8/3 11:48:39   阅读:1642 
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在历史上,一些金属大桥的断裂、房屋的倒塌、车祸、飞机失事,都是因金属疲劳而引发的重大事故。
 

金属为何会疲劳

实践证明,金属疲劳已经是十分普遍的现象。据150多年来的统计,金属部件中有80%以上的损坏是由于疲劳而引起的。其实,不仅仅是那些安全专家会遭遇到金属疲劳的问题。在人们的日常生活中,也同样会发生金属疲劳带来危害的现象。比如,炒菜时铝铲突然意外折断,导致油沫飞溅到脸上而出现烫伤;挖地时,铁锨突然断裂,可能令人摔一跟头。

为了说明金属也会疲劳,我们先来做一个小实验。找一把铝合金汤匙,然后从汤匙柄的根部将汤匙微微弯曲数次,最后金属将因为过度疲劳而断裂,就像人过度疲劳会生病一样。这个实验是很有名的,曾经有一些所谓的“气功大师”用这个实验来显示他们的“特异功能”,后来被媒体揭穿了,结果那是人人都能做的事情,只是需要一些遮人耳目的小技巧罢了。

人的疲劳感觉来自于长期的劳累或一次过重的负荷,金属也是一样。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,重复的推、拉、扭或其他的外力情况下都会造成机械部件中金属的疲劳。这是因为机械受压时,金属中原子的排列会大大改变,大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

早在100多年以前,人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后,还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间,美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故,有238艘完全报废,其中大部分要归咎于金属的疲劳。

科学研究表明,金属疲劳并非完全难以检测。近年来,应用科学的检测手段避免了不少因金属疲劳而可能发生的事故。科学家证实,汽车刹车突然失灵而掉下悬崖、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。

所有金属表面都存在微小缺陷,有的肉眼看得见,有的肉眼看不见。这些瑕疵都会使得应力在该处产生,从而导致金属开始裂开,所以,当一次负载过重或是多次猛烈晃动,都会导致金属疲劳而从瑕疵处裂开。现在,冶金学家可以用显微镜来检视金属表面看不见的瑕疵,他们研究如何以最好的方法来保护金属,以免使得金属疲劳。

日本原子能研究所的研究人员还研制出了一种“聪明涂料”,这种涂料初看和普通涂料没什么区别,但实际上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,结果涂膜中会产生电流,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,然后经常测定涂膜中产生的电流,一旦发现异常电流,立即实施紧急精密检查,及时查明原因,便可排除事故隐患。

让金属“强身健体”

在现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。现在人们已经知道了一些改进和强化金属,相当于提高了金属的“健康”程度,可以让金属尽量少出现“疲劳”现象。

古人就知道了如何让金属“强壮”的方法,那就是锻炼它们,令它们“百炼成钢”。人们想到的另外一个方法是向单一金属中掺入其他物质,填补金属中的空隙和瑕疵,比如制造合金和碳钢。在金属材料中添加各种“维生素”,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,就可以大大提高金属抗疲劳的本领。

在设计机械时,也应尽量减少可能发生的金属疲劳事故。比如,可以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;提高零件表面的光洁度,保护表面不受生锈腐蚀之害。

随着科技的进步,已经研制出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。这些复合材料使得金属不但保留了原来的强度,而且增加了纤维和塑料的韧性,使得金属不再轻易疲劳。



来源:中国腐蚀与防护网
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