你能想象飞机在飞行过程中机头突然断掉的情形吗？2007年，美国空军的一架F-15战斗机在模拟空战时就出现了如此惊险的一幕。这次事故造成美军F-15战机大面积停飞，调查结果显示，事故起因于飞机上的一根金属纵梁发生了疲劳。

    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。难道我们就对邪恶的金属疲劳束手无策了吗？非也。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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责任编辑：王元

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