什麼是金屬疲勞？

提到金屬材料時，除了機械相關的專業人員外，大多數人都會感到陌生和敬而遠之。繁多的材料種類和難以理解的專有名詞，讓人覺得金屬材料不易親近。然而，金屬材料中的一個現象「疲勞」，我們卻可以很直觀地理解。

當我們重複做同一件事時，會漸漸感到厭煩和倦怠，尤其是在壓力大的時候，這種倦怠感會變成疲勞。那麼，金屬材料也會像我們一樣感到疲勞嗎？其實，金屬材料在承受重複、循環的外力時，也會產生疲勞現象。

金屬疲勞 Metal Fatigue

從材料科學的角度來看，「疲勞」是指材料在承受重複、循環外力時所產生的破壞現象。疲勞破壞所需的外力，可能遠小於材料在靜態時可承受的外力。我們可以做個簡單的實驗來觀察疲勞破壞：取一根適當長度的鐵絲，將其對折，通常鐵絲不會在第一次對折時就斷裂。我們可以將它扳開再拉直，然後重複對折。經過多次重複後，鐵絲會在對折處斷裂。

一般的產品和結構雖不會像鐵絲實驗那樣有大動作的對折，但在每次動作時，最大受力的位置可能會產生微小的裂痕。隨著時間的推移和動作次數的增加，這些微小裂痕會逐漸成長、累積，最終導致斷裂。

預防金屬疲勞

在很多情況下，我們常聽到「一定是螺絲鬆了」這樣的結論。確實，在許多實際結構中，螺絲鬆脫後開始破壞的案例並不少見。因此，在工程領域中，將螺絲鎖緊是防止疲勞破壞的首要措施。以下是一些常見的疲勞防制方法：

• 將螺絲有效鎖緊，以適當的扭力達到物件夾緊的功能。
• 在動態工作條件下，增加防鬆機制，如增設防鬆華司或螺紋膠。
• 減少單位長度的變形量，可以通過增加總長來平均單位長度的變形量。
• 限制位移、配合位移。在不同設計條件下，可以限制兩個可能交互運動的組件的活動空間，避免變形的產生。或者採用較有彈性的結構設計，使其與運動結構同步活動，避免單點的最大受力變形。

限制疲勞破壞的產生並不容易，但若能將其控制在一定的壽命範圍內，就可以讓材料在使用期間的安全性變得可預期，避免破壞災難的發生。

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