Kim loại cũng biết mệt mỏi?

Con người làm việc quá lâu sẽ thấy mệt và cần nghỉ ngơi; lao động quá sức thậm chí có thể gây nguy hiểm. Nhưng bạn có từng nghe nói kim loại sau một thời gian sử dụng cũng có thể xuất hiện hiện tượng “mệt mỏi” chưa?

Điều đó là có thật. Có những trường hợp tàu biển đang đi bỗng gãy đôi, máy bay chở khách đang bay thì cánh đuôi bị gãy, đầu tàu hỏa trượt bánh, cầu hoặc linh kiện máy móc bất ngờ nứt gãy. Nhiều sự cố như vậy có liên quan đến hiện tượng “mệt mỏi” của kim loại.

Vì sao kim loại lại bị “mệt mỏi”? Kim loại vốn rất cứng, nhưng các kết cấu và chi tiết máy thường phải chịu tải trọng lớn. Nếu tải trọng ấy lặp đi lặp lại hàng nghìn, hàng triệu lần, bên trong vật liệu có thể xuất hiện các vết nứt nhỏ. Tác động lặp lại khiến độ bền của kim loại giảm dần, cho đến khi vượt quá khả năng chịu lực kéo, lực va chạm hoặc lực uốn, vật liệu sẽ bị nứt gãy.

Một ví dụ đơn giản là khi không có kìm để cắt một sợi thép nhỏ, bạn có thể bẻ đi bẻ lại sợi thép ở cùng một vị trí. Sau một lúc, sợi thép sẽ đứt. Đó chính là biểu hiện của sự “mệt mỏi” trong kim loại dưới tác động lặp lại của ngoại lực.

Sự “mệt mỏi” của kim loại có nhiều dạng, như “mệt mỏi do cọ xát”, “mệt mỏi do nhiệt độ cao”, “mệt mỏi do nhiệt độ dưới âm”, “mệt mỏi do tiếng ồn”... Hiện tượng này dễ xảy ra ở những bộ phận có mặt cắt thay đổi, các vị trí ghép nối bằng đinh tán, bu lông hoặc mối hàn, chẳng hạn cánh đuôi máy bay, trục xe, phần nối của đường ray, tàu thuyền và máy móc.

Không chỉ kim loại, các vật liệu khác như cao su, nhựa, bê tông cũng có thể bị “mệt mỏi”, tiềm ẩn nguy cơ gây tai nạn. Vì vậy, những bộ phận và kết cấu dễ bị mỏi cần được kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ, thay thế kịp thời khi lão hóa, đồng thời cần nghiên cứu các vật liệu mới có khả năng chống mỏi tốt hơn.