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勿謂言之不預(yù)也——漫談金屬材料的失效-質(zhì)量缺陷-上海振帝實業(yè)有限公司
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勿謂言之不預(yù)也——漫談金屬材料的失效

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當(dāng)?shù)貢r間5月29日,美國媒體CNBC的網(wǎng)站頭條,出現(xiàn)了中方的一句“警告”:“Don’t say we didn’t warn you”。


這句話的中文原版是“勿謂言之不預(yù)”,在5月29日《人民日報》03版刊登的評論文章《美方不要低估中方反制能力》中(署名“五月荷”),罕見使用了這句古語。


文章稱,中國有關(guān)部門已經(jīng)多次發(fā)表嚴正聲明,中美兩國產(chǎn)業(yè)鏈高度融合,互補性極強,正所謂合則兩利、斗則俱傷,貿(mào)易戰(zhàn)沒有贏家。奉勸美方不要低估中方維護自身發(fā)展權(quán)益的能力,“勿謂言之不預(yù)!”


CNBC在29日的頭條文章中表示,“勿謂言之不預(yù)”這句話,此前被《人民日報》使用時,分別是1962年中印戰(zhàn)爭之前,1979年中越戰(zhàn)爭之前。


1962年9月22日社論《是可忍,孰不可忍》;

1978年12月25日社論《我們的忍耐是有限度的》。


2


根據(jù)維基百科的介紹,“言之不預(yù)”,很可能是從一個更古老的詞“言之不乂(yì)”轉(zhuǎn)化來的。


言之不乂(yì)

其中“乂”,按照明朝張居正的解釋,“發(fā)乎言者,順理成章叫做乂,是言之德修矣。言揚火也,而旸亦屬火,其應(yīng)則為晴霽以時而順就之。”


《尚書·洪范》中,記有上天的各種征兆:

“恭作肅,從作乂,明作晢,聰作謀,睿作圣?!?/span>

“曰休征:曰肅,時雨若;曰乂,時旸若;曰晰,時燠若;曰謀,時寒若;曰圣,時風(fēng)若?!?/span>


《后漢書·五行志》也有載“言之不從,是謂不乂。”

(指說的話不管用、不符合規(guī)則,不能治事。)


《對賢良方正能直言極諫策》中(唐代),也提及“臣聞旱蝗者,稽諸《洪范》,為言不乂之罰也。言之不乂,令之不信也?!?/span>


言之不預(yù)

直接出現(xiàn)“言之不預(yù)”這個詞,最早的文獻可見于康熙41年(1702年)上諭《訓(xùn)飭士子文》說道:“……勿謂朕言之不預(yù)也,爾多士尚敬聼之哉?!?/span>


(其中“言之不預(yù)”又作“言之不豫”。)推測可能是類似“逃之夭夭”發(fā)明自《詩經(jīng)·桃夭》“桃之夭夭”,讀音相近,意思發(fā)生了變化。這篇上諭在清代讀書人中產(chǎn)生了廣泛影響,并得以被后人所引用。


之后清代的公告、上諭中多引用此語。


乾隆58年(1793年)敕諭英吉利國王:“若經(jīng)此次詳諭后,爾國王或誤聽爾臣下之言,任從夷商將貨船駛至浙江、天津地方欲求上岸交易,天朝法制森嚴,各處守土文武,恪遵功令,爾國船只到彼,該處文武必不肯令其停留,定當(dāng)立時驅(qū)逐出洋。未免爾國夷商枉勞往返,勿謂言之不預(yù)也,其凜遵毋忽,特此再諭?!?/span>


嘉慶朝(1796~1820年)鄂山在甘肅的招撫布告則寫道,“某某等,皆王法所必誅。然予初蒞任,應(yīng)施寬法,暫弛其死。今與眾約,如有再干禁例者,必殺無赦,莫謂言之不豫也。”


林則徐于1839年所作的《札飭嚴辦東路賣煙船由》亦寫“……白簡具在,咎有攸歸。毋謂言之不預(yù)也。特札。”


《諭洋商責(zé)令夷人呈繳煙土稿》、《示諭夷人速繳鴉片煙土四條稿》、《會諭同知再行諭飭義律繳土交兇稿》等文中,均使用了類似“毋謂言之不早也”的句子。


再后,太平天國的一些布告也出現(xiàn)過類似的句子。


1861年11月23日,《太平天國侍王李世賢勸太平子民各知效順布告》寫道:“……如若遲疑觀望,三日以內(nèi),不行齊來納款輸誠,則我大軍一到,難免滋擾之弊。爾民其自思量而行,勿謂本藩言之不預(yù)也!特此諄諭,咸使遵知。”同時,太平天國時期李秀成《再致上海各領(lǐng)事書》(1862年)。晚清李伯元所著小說《官場現(xiàn)形記》第十九回(約1900年前后)中整治吏治的傳諭中也以該句結(jié)束。


“勿謂言之不預(yù)也”,意為“事后別后悔,不要說沒跟你事先警告過”。


今天借用句話,其實是想講講金屬的失效。失效的發(fā)生,有的是有征兆可循的,有的則是毫無征兆瞬間發(fā)生的。


近年來,隨著金屬材料越來越廣泛的運用于生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域,材料失效問題也日顯突出。


材料失效主要是指機械構(gòu)件由于尺寸、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變化而引起的機械構(gòu)件不能完滿地完成預(yù)定的功能。


歸納起來,金屬的失效大致可以分為三類:斷裂、磨損、腐蝕。


3


斷裂(英語:fracture),是指物體在力的作用下開裂分離成兩個或多個部分。根據(jù)斷裂之前材料變形量的大小,可以分為韌性斷裂脆性斷裂。


韌性斷裂發(fā)生之前會有明顯的形變量及形變過程,脆性斷裂則幾乎不存在形變量,斷裂過程極短,由于其發(fā)生具有突然性所以往往破壞性較大。


在日常生產(chǎn)生活中,最為常見的莫過于疲勞斷裂,長時間的應(yīng)力循環(huán)作用下,材料出現(xiàn)斷裂;其次,還有一種常見于試驗室的材料斷裂失效模式,又稱靜載斷裂,通常見到的拉伸斷裂即屬于此種斷裂,相對于疲勞斷裂而言,生產(chǎn)生活過程中靜載斷裂出現(xiàn)的幾率要小很多。


韌性斷裂(英語:ductile fracture)是延性材料受力斷裂的結(jié)果,斷裂處有其獨特的宏觀及微觀特征。


相較于脆性斷裂,韌性斷裂前會吸收較多能量并大幅塑性變形,通常會留下粗糙不規(guī)則的斷口。常溫下的純金和鉛,及高溫的其他金屬、高分子材料和無機玻璃,韌性高,受張力拉伸時頸縮(necking)成一點才斷裂,面積收縮百分比(percentage of area reduction)近乎100%。


同樣受張力拉伸,一般中等韌性的金屬頸縮至一特定面積后便會斷裂,頸縮開始后,中心出現(xiàn)空孔,接者繼續(xù)變形,空孔持續(xù)加大且合并成裂縫,裂縫大致垂直于拉力成長,直至斷裂形成。


若裂縫與張力軸約成45度,實驗樣品的一方凹陷,另一方突出,則稱作錐杯形斷裂(cone and cup fracture),呈現(xiàn)棉絮狀表面,為塑性形變的一特征。以高倍率電子顯微鏡觀察棉絮狀表面處,可觀察到連綿不斷的凹坑(dimple),凹坑為空孔的一半,因承受單軸拉伸應(yīng)力產(chǎn)生空孔后分離而成。


脆性斷裂(英語:brittle fracture,是指一個脆性的物質(zhì)在受到拉力作用至斷裂,斷裂瞬間原物質(zhì)沒有顯著的形變現(xiàn)象,如長度上或是體積上的變化量不大。其脆性物質(zhì)通常伴隨著高強度,即要使物質(zhì)斷裂需要相當(dāng)大的拉力。


脆性物質(zhì)包括了大多數(shù)的玻璃、陶瓷,還有一些高分子物質(zhì)。至于像是鐵在低溫時也會表現(xiàn)出脆性。和有延性物質(zhì)相比,脆性物質(zhì)斷裂面處相對比較平整。

韌性斷裂和脆性斷裂(圖片源自網(wǎng)絡(luò))


韌性斷裂過程階段示意圖

Schematic representation of the steps in ductile fracture (in pure tension)

圖片來自Bbanerje at English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7486677


4


磨損,是指由于機械元件經(jīng)常在高速、震動、超負荷等工況下工作,機械元件之間由于表面摩擦導(dǎo)致材料磨損而最終導(dǎo)致材料失效。


機械元件的磨損以及疲勞和蠕變等其他過程會導(dǎo)致功能表面降解,最終導(dǎo)致材料失效或功能喪失。


機械元件的磨損通過表面和近表面材料的塑性位移以及形成磨損碎屑的顆粒分離而發(fā)生。金屬粒子的尺寸可以從毫米到納米變化。該過程可以通過與其他金屬,固體非金屬,流動液體,固體顆?;驃A帶在流動氣體中的液滴接觸而發(fā)生。


磨損率受到多種因素影響,例如:加載(像:沖擊、靜態(tài)、動態(tài))、運動 (像:滑動,、滾動),以及溫度。根據(jù)摩擦系統(tǒng),可以觀察不同的磨損類型和損蝕的機制。


金屬材料的磨損失效通??梢苑譃槲孱悾?strong>磨粒磨損、黏著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損和微動磨損。其中,磨粒磨損最為常見,機件運轉(zhuǎn)過程中,由于外界硬質(zhì)顆粒介入或者接件本身凸起狀物引起的磨損都是磨粒磨損,金屬材料表面脫落物也屬于磨粒磨損范疇。


注:磨損通常根據(jù)所謂的損蝕類型進行分類,磨損類型會發(fā)生在隔離或復(fù)雜的相互作用中。

常見的磨損類型包括:

粘著磨損 Adhesive wear,

磨料磨損 Abrasive wear,

表面疲勞 Surface fatigue,

微動磨損 Fretting wear,

沖蝕磨損 Erosive wear,

腐蝕磨損 Corrosion and oxidation wear


磨損與摩擦相伴相生,生產(chǎn)中通常采用以下措施:一是接觸面涂抹潤滑油,提高光潔程度;二是在不影響正常生產(chǎn)的情況下,用焊機將機件焊到一起,減少機件的相對運動從而減少摩擦,進而減少磨損;三是為減少摩擦,可減少接觸面的面積以及較小所受載荷,以此減小摩擦力;此外,也可通過探索提高材料的屈服強度。

SEM micrograph of adhesive wear (transferred materials) on 52100 steel sample sliding against Al alloy. (Yellow arrow indicate sliding direction)


5


腐蝕(Corrosion),是指因工程材料與其周圍的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致解體的現(xiàn)象。


通常這個術(shù)語用來表示金屬物質(zhì)與氧化物如氧氣等物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)的氧化反應(yīng)。


例如,使用金屬鐵制成的產(chǎn)品會由于鐵原子在固體溶劑中發(fā)生氧化而導(dǎo)致生銹,這就是電化學(xué)腐蝕的一個眾所周知的例子。這種反應(yīng)通常會產(chǎn)生對應(yīng)金屬的氧化物,也可能產(chǎn)生鹽。換句話說,腐蝕指的是金屬物質(zhì)因化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的損耗。


很多合金結(jié)構(gòu)都僅僅因為暴露在潮濕的空氣中遭到腐蝕,但是,腐蝕過程會受到材料所接觸的物質(zhì)的強烈影響。腐蝕可能在某個局部集中出現(xiàn),從而導(dǎo)致材料上出現(xiàn)孔洞甚至裂縫,也有可能在一個較大面積的表面上幾乎平均的分布。


由于腐蝕是一種擴散控制的過程,通常只有材料表面產(chǎn)生腐蝕。因此,可以通過一些對暴露的表面進行加工的辦法,如鈍化和鉻酸鹽轉(zhuǎn)換等處理辦法來增加材料的耐腐蝕性。


然而,仍然有一些腐蝕的機制無法觀察到,也難以預(yù)料。


金屬材料的腐蝕多種多樣,宏觀上分為整體腐蝕和局部腐蝕,在日常各類腐蝕事故中,基本以局部腐蝕最為常見,局部腐蝕又可分為應(yīng)力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕縫隙腐蝕等。


腐蝕還可以發(fā)生在其他不是金屬的物質(zhì)上,例如陶瓷和聚合物。

鐵銹,最常見的腐蝕形式,圖片來自Roger McLassus,CC BY-SA 3.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3503668


6


金屬材料是航空航天、交通運輸、能源、化工、冶金等領(lǐng)域重大工程、大型設(shè)備設(shè)施的主要用材。眾所周知,在復(fù)雜載茶和復(fù)雜環(huán)境的共同作用下,服役的金屬材料和大型結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生腐蝕、疲勞、斷裂、磨損等各種模式或多模式共存的失效事故,從而導(dǎo)致空難事故和重大經(jīng)濟損失。


據(jù)報道,美國每年因材料斷裂造成損失達1190億美元;英國海洋平臺曾發(fā)生腐蝕疲勞失效導(dǎo)致石油年減產(chǎn)12%的事故;而根據(jù)中國工程院的調(diào)查,我國每年因腐蝕造成的損失也高達4900億元。


當(dāng)前,我國經(jīng)濟處于高速發(fā)展期,因金屬材料失效引發(fā)的重大事故頻繁發(fā)生。除了關(guān)注事故帶來的人員、經(jīng)濟損失以及現(xiàn)場應(yīng)急處置外,材料研究者更需要通過事故的技術(shù)分析,尋找各類事故發(fā)展的本質(zhì)原因,以期為預(yù)測次生,衍生事故和預(yù)防同類事故發(fā)展及對材料加工、處理工藝進行優(yōu)化提供數(shù)據(jù)依據(jù)。


《禮記·中庸》中有載:“凡事豫則立,不豫則廢。言前定則不跲(jia,指受到阻礙),事前定則不困,行前定則不疚,道前定則不窮?!?/span>


做人做事大概都是這個道理。


7


清 鄭燮《竹石》

咬定青山不放松,立根原在破巖中。

千磨萬擊還堅勁,任爾東西南北風(fēng)。


世事紛紛擾擾,變幻莫測。當(dāng)下,唯一最應(yīng)該做的,就是提升自己的修為和定力,提高自己做事的能力,準備好迎接未來的各種機遇和挑戰(zhàn)。


堅持做好自己的事情,做最好的自己。別在機會來臨的時候,你還是一臉茫然。


“勿謂言之不預(yù)也。”


這句話送給自己,也送給我現(xiàn)在的同事和朋友。


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