什么是金属“疲劳”？

谈到金属疲劳，大家一定觉得很奇怪，难道金属也会疲劳吗？会的，它跟人一样，超过了一定限度，就会疲劳。

不妨我们用铁丝做个实验，如果直着去拉，那是很难折断的，但要是反复弯折，就很容易弄断了。这说明，像钢铁这样的金属，在反复变化的外力作用下，它的强度要比在不变外力作用下小得多。人们便把这种现象叫做金属疲劳。

金属虽然像人一样会发生疲劳，但却同人的疲劳有着本质的区别。人疲劳后，经过一定的休息就可以恢复，而金属疲劳则永远不能恢复，因而造成许多恶性破坏事件，如轮船沉没、飞机坠毁、桥梁倒塌等。据估计，在现代机器设备中，有80～90％或零部件的损坏，都是由金属的疲劳造成的。因为金属部件所受的外力超过一定限度，在材料内部抵抗最弱的地方，会出现人眼察觉不到的裂纹。如果部件所受外力不变，微小的裂纹就不会发展，材料也不易损坏。如果部件所受的是一种方向或大小经常重复变化的外力，那么，金属材料内部的微小裂纹就会时而张开，时而相压，时而互相研磨，使裂纹扩大和发展。当裂纹扩大到一定程度，金属材料被削弱到不再能承担外力时，只要有一点偶然的冲击，零部件就会发生断裂。所以，金属疲劳造成的破坏，往往都是突如其来，没有明显的迹象让人察觉。

金属“疲劳”一词，最早是由法国学者J·—V彭赛提出来的。但对金属疲劳进行研究的，则是德国科学家A·沃勒，他在19世纪50年代，就发现了表现金属疲劳特性的S—.曲线，并提出了疲劳极限的概念。尽管对金属疲劳的研究已经有100多年了，做为综合性的应用学科，已经从物理学的固体力学和金属物理学领域中分离出来，但许多问题仍没有得到解决。

现在，人们对金属的疲劳问题仍在不懈地探索着。其中人们最为关注的，是如何对现代化工业设备采取预防和保护措施，防患于未然。比如，选择具有较高抗疲劳性能的材料，防止应力集中，合理布局结构，提高构件表面加工质量和采用一些新技术和新工艺等。

再就是从理论上探讨金属疲劳造成破坏的原理是什么。在这方面，科学家们进行了各种各样的分析和研究。在疲劳破坏机理研究中，就有人提出循环软化、滑移、位错、空洞合并和拉链等说法。在疲劳积累损伤方面，目前已建立了几十种损伤理论，包括线性理论、修正理论经验公式和半经验公式等；在疲劳裂纹扩展方面，已提出了几十个裂纹扩展公式。但这些观点和实验方法，都具有很大的局限性和片面性，还需科学家们付出更大的辛劳和努力。

金属疲劳问题，是现代工业面临的大敌，如不及时解决，将会遗患无穷。所以，现在世界各国的科学家，都在进行不懈的努力，设法克服这种疑难。相信在不远的将来，这方面的研究会有重大的突破。

金属疲劳的意思：机械中之任一金属零件，皆有其一定的承受负荷，当其负荷超过承受的安全应力，零件内部即会逐渐裂开，此即所谓『金属疲劳』。

物理原理

金属疲劳英文词条名：fatigue of metal。金属疲劳是指一种在交变应力作用下，金属材料发生破坏的现象。机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。

疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。

金属内部结构并不均匀，从而造成应力传递的不平衡，有的地方会成为应力集中区。与此同时，金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。在力的持续作用下，裂纹会越来越大，材料中能够传递应力部分越来越少，直至剩余部分不能继续传递负载时，金属构件就会全部毁坏。

疲劳特点

1、疲劳为低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂，其断裂应力水平往往低于材料抗拉强度，甚至屈服强度。

2、疲劳为脆性断裂，由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低，所以不论是韧性材料还是脆性材料，在疲劳断裂前均不会发生塑性变形及有型预兆。

3、疲劳对缺陷十分敏感，由于疲劳破坏是从局部开始的，所以它对缺陷具有高度的选择性。

过程机理

疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹亚稳扩展及最后失稳扩展三个阶段，其疲劳寿命Nf由疲劳裂纹萌生期Ni和裂纹亚稳扩展期Np所组成。

疲劳裂纹萌生主要包括：

1、滑移带开裂产生裂纹，金属在循环应力长期作用下，即使是应力低于屈服应力，也会发生循环滑移并形成循环滑移带。

2、相界面开裂产生裂纹，很多疲劳源是由材料中的第二相或夹杂物引起的，便提出了第二相、夹杂物和基体界面开裂，或第二相、夹杂物本身开裂的疲劳裂纹机理。

3、晶界开裂产生裂纹，多晶体材料由于晶界的存在和相邻晶粒的不同取向性，位错在某一晶粒内运动会受到晶界的阻碍作用，在晶界处发生位错塞积和应力集中现象。在应力不断循环下，晶界处得应力集中得不到松弛，应力峰越来越高，当超过晶界强度时就会在晶界处产生裂纹。

金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下.在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。

金属疲劳主要因为:金属内部结构并不均匀，从而造成应力传递的不平衡，有的地方会成为应力集中区。与此同时，金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。在力的持续作用下，裂纹会越来越大，材料中能够传递应力部分越来越少，直至剩余部分不能继续传递负载时，金属构件就会全部毁坏。由于这种断裂是突然发生的，事先没有明显的变形，因此它具有很大的危险性，往往造成严重的事故。

机械零件在使用过程中，不允许产生疲劳破坏。在交变载荷的作用下，应能承受无数次（107以上）而不至于断裂。材料在长期经受交变载荷下，不至于引起断裂的最大应力称为疲劳强度。它与很多因素有关，比如材料的成分、形状与结构、表面粗糙度、热处理等。

汽车 金属零件的疲劳断裂是非常危险的，往往造成很严重的机械事故或交通事故，比如连杆螺丝疲劳断裂会导致连杆飞出打碎缸体，致使发动机报废；转向节疲劳断裂会造成断轴事故， 汽车 会瞬间失控，极易造成交通事故。

你平时要是学习学得太久，或者长时间地运动后，可能就会觉得疲劳，需要休息休息。不过你知道吗？不光是人，金属也会犯疲劳，比如铁、钢等等。这是怎么回事呢？

（人会疲劳）

首先咱们要说，所谓的金属疲劳是个比喻，意思是，金属材料被反复使用，会出现结构破坏，甚至破损和断裂的现象。

（金属疲劳）

金属疲劳这种现象，你可能平时不在意，但在我们的日常生活中很常见，举个简单的例子，比如说，你把一根铁丝反复弯折几次，它就会断裂，这其实就是金属疲劳的一个体现。

因为金属的用途非常广泛，所以，金属要是疲劳了，很可能带来很大的灾难，比如会让铁桥崩塌、飞机的发动机爆裂、列车的车轮破裂等等。

在1998年，德国就发生了一次高速铁路事故，造成了101人死亡、88人受伤，这也是世界上伤亡最严重的高速铁路事故。

这起事故就跟金属疲劳有关系。当时，列车的一个车轮，因为金属疲劳发生了破裂，结果导致了整个列车脱离了铁轨。

听到这你可能会想，金属疲劳的后果这么严重，那我们要怎样避免呢？

首先，我们要定期检查建筑物和机械，尽早发现金属疲劳的问题，及时维修和更换那些疲劳的金属。而且，科学家也在研制不容易发生金属疲劳问题的材料。

现在你知道了吧，看起来很坚硬的金属也会疲劳，如果不及时维修和更换疲劳的金属，还可能造成严重的事故。

那我想问问你，你有没有感到疲劳的时候呢？你有哪些方法可以缓解疲劳呢？在留言区和大家分享一下吧！

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