德国铁路惨案“元凶”——金属疲劳

《德国铁路惨案“元凶”——金属疲劳》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、德国铁路惨案“元凶”——金属疲劳李湘洲，金属世界，1999.1   1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难。   最近，事故的原因已经查清，是因为一节车厢的车轮“内部疲劳断裂”引起的。首先是一个车轮的轮箍发生断裂，导致车轮脱轨，进而造成车厢横摆，此时列车正好过桥，横摆的车厢以其巨大的力量将桥墩撞断，造成桥梁坍塌，压住了通过的列车车厢，并使已通过桥洞的车头及前5节车厢断开，而后面的几节车厢则在巨大惯性的推动下接二连三地撞在坍塌的桥体上，从而导致了这场近50年

2、来德国最惨重的铁路事故。   自从第二次世界大战以来，世界上已有几千艘船舶，几十座桥梁建筑毁于疲劳破坏。因铁轨、车轮、车轴疲劳破坏而引起的翻车事故，更是屡见不鲜了。据统计，现代工业中零件的损坏，有近80%都是由于金属疲劳所引起的。   疲劳，顾名思义就是疲乏的意思。我们知道，一个人经过紧张的劳动会感到腰酸腿痛，一个运动员经过剧烈的比赛会感到十分疲劳。材料，特别是金属材料和机器构件，也会和人体一样，在反复载荷的连续作用下也会产生疲劳。但是，人体的疲劳与金属的疲劳有着本质的差别。人体的疲劳，经过适当的休息以后，可以得

3、到恢复。   然而，金属和机器构件一旦疲劳后，就会产生破坏，而且疲劳在材料和机器构件中是潜移默化地进行着，直到快发生疲劳时，还没有明显的破坏迹象，事先不易察觉，甚至在远小于静强度极限的情况下，就可能发生疲劳破坏。因此，疲劳破坏具有严重的威胁性和危险性，在人们对它还缺乏认识的时候，可能会感到有些恐惧。例如，1954年，英国有两架新型喷气式客机“彗星号”先后在地中海上空爆炸，就是由于机舱疲劳裂纹扩展而解体，损失惨重。 我国也曾先后发生过一些金属疲劳事故。例如，30kw汽轮发电机引水线和风叶破裂；水轮机转臂轴头断裂；汽

4、车、拖拉机、柴油机的曲轴和连杆断裂；BK500型无轨电车和JN150载重汽车大量出现的后桥半轴疲劳断裂；输油管线的破裂等等。至于工、农业机械中常见的齿轮、弹簧、轴承、螺栓、铆钉等零件的疲劳破坏更是数不胜数。   在我们日常生活中，还经常可以看到类似现象。一辆正在马路上行走的自行车，突然“咔嚓”一声，车翻人伤，走近一看，原来是前叉子断了；炒菜的铝铲、挖地的铁锹、施工的铁镐在使用中也会突然断裂；马车的大轴、拖拉机的前梁在行驶途中或作业过程中也会突然破坏。   随着现代工业、机械日益向高温、高压、高速运动方向发展，疲劳

5、问题也显得越来越突出，潜伏着较大的危险性。它已成为工程技术界的一个大问题。   那么，金属为什么会发生疲劳破坏呢？原来，金属材料表面或内部微观组织并不是十全十美的。在冶炼、轧制、或机械加工中，往往会产生一些气孔、砂眼、夹渣和划痕等缺陷。缺陷使金属组织不均匀，形成所谓应力集中。显然，在应力集中区，金属的承载能力最小，缺陷处会最先出现裂纹。裂纹使一部分金属失去承载能力，余下部分的应力将随着增加。由于金属还有一定的剩余强度，所以，出现裂纹后并不立刻破坏。但是，在裂纹的端头，必定有尖锐的切口，于是这里又形成了新的应力集中

6、区，在连续使用下，又继续裂开。这样，裂纹愈来愈大，金属能够传递应力的部分越来越少，直到剩余部分不足以传递载荷时，金属构件就全部彻底崩溃了。因此疲劳是由应力集中——裂缝——新的应力集中——裂纹扩大——构件破坏的恶性循环过程。   早在100年前，人们就发现疲劳是金属的大敌。但那时还没有仪器能够查明疲劳破坏的原因。显微镜的出现，使人类第一次对金属进行了细致的检查。到本世纪50年代，电子显微镜薄膜技术的发展，促进了这种检查的深入，现在不但初步揭开了疲劳的奥秘，而且也有了一套妙法来对付这个“大敌”。   人们为了增强人体

7、的抵抗力，往往要吃一些维生素来滋补身体，在金属材料中同样也可以采用这个办法。   现在冶金工业已有了许多种“维生素”，它们使许多金属“添劲强身”、“延年益寿”。例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千分之几的稀土元素，便可大大提高这些金属抵抗“疲劳”的本领，而延长使用寿命。   在结构上，当金属要承受重复载荷或处于不易检查、维修的部位时，可以采用增加保险系数的办法，延长使用寿命。也可采用复式结构，当一部分结构破坏时，另一部分结构尚能维持正常使用。   在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，如孔、槽、切口等，因为这些

8、地方容易产生应力集中，疲劳裂纹常常在这里产生。还可以采用一些辅助性工艺，增加表面光洁度，保持表面不受锈蚀之害，因为金属表面的划痕、腐蚀生锈之处也容易产生显微裂纹。对产生振动的机械设备，如空压机、锻锤、电动机等，应采取防振措施，减少振幅，使振动范围缩小，以减少“疲劳”的可能性。   随着科学技术的发展，现已出现了一种金属“免疫疗法”的新技术，即引入残余压应力，如喷丸、表面冷