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勿谓言之不预也——漫谈金属材料的失效

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当地时间5月29日,美国媒体CNBC的网站头条,出现了中方的一句“警告”:“Don’t say we didn’t warn you”。


这句话的中文原版是“勿谓言之不预”,在5月29日《人民日报》03版刊登的评论文章《美方不要低估中方反制能力》中(署名“五月荷”),罕见使用了这句古语。


文章称,中国有关部门已经多次发表严正声明,中美两国产业链高度融合,互补性极强,正所谓合则两利、斗则俱伤,贸易战没有赢家。奉劝美方不要低估中方维护自身发展权益的能力,“勿谓言之不预!”


CNBC在29日的头条文章中表示,“勿谓言之不预”这句话,此前被《人民日报》使用时,分别是1962年中印战争之前,1979年中越战争之前。


1962年9月22日社论《是可忍,孰不可忍》;

1978年12月25日社论《我们的忍耐是有限度的》。


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根据维基百科的介绍,“言之不预”,很可能是从一个更古老的词“言之不乂(yì)”转化来的。


言之不乂(yì)

其中“乂”,按照明朝张居正的解释,“发乎言者,顺理成章叫做乂,是言之德修矣。言扬火也,而旸亦属火,其应则为晴霁以时而顺就之。”


《尚书·洪范》中,记有上天的各种征兆:

“恭作肃,从作乂,明作晢,聪作谋,睿作圣。”

“曰休征:曰肃,时雨若;曰乂,时旸若;曰晰,时燠若;曰谋,时寒若;曰圣,时风若。”


《后汉书·五行志》也有载“言之不从,是谓不乂。”

(指说的话不管用、不符合规则,不能治事。)


《对贤良方正能直言极谏策》中(唐代),也提及“臣闻旱蝗者,稽诸《洪范》,为言不乂之罚也。言之不乂,令之不信也。”


言之不预

直接出现“言之不预”这个词,最早的文献可见于康熙41年(1702年)上谕《训饬士子文》说道:“……勿谓朕言之不预也,尔多士尚敬聼之哉。”


(其中“言之不预”又作“言之不豫”。)推测可能是类似“逃之夭夭”发明自《诗经·桃夭》“桃之夭夭”,读音相近,意思发生了变化。这篇上谕在清代读书人中产生了广泛影响,并得以被后人所引用。


之后清代的公告、上谕中多引用此语。


乾隆58年(1793年)敕谕英吉利国王:“若经此次详谕后,尔国王或误听尔臣下之言,任从夷商将货船驶至浙江、天津地方欲求上岸交易,天朝法制森严,各处守土文武,恪遵功令,尔国船只到彼,该处文武必不肯令其停留,定当立时驱逐出洋。未免尔国夷商枉劳往返,勿谓言之不预也,其凛遵毋忽,特此再谕。”


嘉庆朝(1796~1820年)鄂山在甘肃的招抚布告则写道,“某某等,皆王法所必诛。然予初莅任,应施宽法,暂弛其死。今与众约,如有再干禁例者,必杀无赦,莫谓言之不豫也。”


林则徐于1839年所作的《札饬严办东路卖烟船由》亦写“……白简具在,咎有攸归。毋谓言之不预也。特札。”


《谕洋商责令夷人呈缴烟土稿》、《示谕夷人速缴鸦片烟土四条稿》、《会谕同知再行谕饬义律缴土交凶稿》等文中,均使用了类似“毋谓言之不早也”的句子。


再后,太平天国的一些布告也出现过类似的句子。


1861年11月23日,《太平天国侍王李世贤劝太平子民各知效顺布告》写道:“……如若迟疑观望,三日以内,不行齐来纳款输诚,则我大军一到,难免滋扰之弊。尔民其自思量而行,勿谓本藩言之不预也!特此谆谕,咸使遵知。”同时,太平天国时期李秀成《再致上海各领事书》(1862年)。晚清李伯元所著小说《官场现形记》第十九回(约1900年前后)中整治吏治的传谕中也以该句结束。


“勿谓言之不预也”,意为“事后别后悔,不要说没跟你事先警告过”。


今天借用句话,其实是想讲讲金属的失效。失效的发生,有的是有征兆可循的,有的则是毫无征兆瞬间发生的。


近年来,随着金属材料越来越广泛的运用于生产生活的各个领域,材料失效问题也日显突出。


材料失效主要是指机械构件由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的机械构件不能完满地完成预定的功能。


归纳起来,金属的失效大致可以分为三类:断裂、磨损、腐蚀。


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断裂(英语:fracture),是指物体在力的作用下开裂分离成两个或多个部分。根据断裂之前材料变形量的大小,可以分为韧性断裂脆性断裂


韧性断裂发生之前会有明显的形变量及形变过程,脆性断裂则几乎不存在形变量,断裂过程极短,由于其发生具有突然性所以往往破坏性较大。


在日常生产生活中,最为常见的莫过于疲劳断裂,长时间的应力循环作用下,材料出现断裂;其次,还有一种常见于试验室的材料断裂失效模式,又称静载断裂,通常见到的拉伸断裂即属于此种断裂,相对于疲劳断裂而言,生产生活过程中静载断裂出现的几率要小很多。


韧性断裂(英语:ductile fracture)是延性材料受力断裂的结果,断裂处有其独特的宏观及微观特征。


相较于脆性断裂,韧性断裂前会吸收较多能量并大幅塑性变形,通常会留下粗糙不规则的断口。常温下的纯金和铅,及高温的其他金属、高分子材料和无机玻璃,韧性高,受张力拉伸时颈缩(necking)成一点才断裂,面积收缩百分比(percentage of area reduction)近乎100%。


同样受张力拉伸,一般中等韧性的金属颈缩至一特定面积后便会断裂,颈缩开始后,中心出现空孔,接者继续变形,空孔持续加大且合并成裂缝,裂缝大致垂直于拉力成长,直至断裂形成。


若裂缝与张力轴约成45度,实验样品的一方凹陷,另一方突出,则称作锥杯形断裂(cone and cup fracture),呈现棉絮状表面,为塑性形变的一特征。以高倍率电子显微镜观察棉絮状表面处,可观察到连绵不断的凹坑(dimple),凹坑为空孔的一半,因承受单轴拉伸应力产生空孔后分离而成。


脆性断裂(英语:brittle fracture,是指一个脆性的物质在受到拉力作用至断裂,断裂瞬间原物质没有显著的形变现象,如长度上或是体积上的变化量不大。其脆性物质通常伴随着高强度,即要使物质断裂需要相当大的拉力。


脆性物质包括了大多数的玻璃、陶瓷,还有一些高分子物质。至于像是铁在低温时也会表现出脆性。和有延性物质相比,脆性物质断裂面处相对比较平整。

韧性断裂和脆性断裂(图片源自网络)


韧性断裂过程阶段示意图

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

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


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磨损,是指由于机械元件经常在高速、震动、超负荷等工况下工作,机械元件之间由于表面摩擦导致材料磨损而最终导致材料失效。


机械元件的磨损以及疲劳和蠕变等其他过程会导致功能表面降解,最终导致材料失效或功能丧失。


机械元件的磨损通过表面和近表面材料的塑性位移以及形成磨损碎屑的颗粒分离而发生。金属粒子的尺寸可以从毫米到纳米变化。该过程可以通过与其他金属,固体非金属,流动液体,固体颗粒或夹带在流动气体中的液滴接触而发生。


磨损率受到多种因素影响,例如:加载(像:冲击、静态、动态)、运动 (像:滑动,、滚动),以及温度。根据摩擦系统,可以观察不同的磨损类型和损蚀的机制。


金属材料的磨损失效通常可以分为五类:磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损。其中,磨粒磨损最为常见,机件运转过程中,由于外界硬质颗粒介入或者接件本身凸起状物引起的磨损都是磨粒磨损,金属材料表面脱落物也属于磨粒磨损范畴。


注:磨损通常根据所谓的损蚀类型进行分类,磨损类型会发生在隔离或复杂的相互作用中。

常见的磨损类型包括:

粘着磨损 Adhesive wear,

磨料磨损 Abrasive wear,

表面疲劳 Surface fatigue,

微动磨损 Fretting wear,

冲蚀磨损 Erosive wear,

腐蚀磨损 Corrosion and oxidation wear


磨损与摩擦相伴相生,生产中通常采用以下措施:一是接触面涂抹润滑油,提高光洁程度;二是在不影响正常生产的情况下,用焊机将机件焊到一起,减少机件的相对运动从而减少摩擦,进而减少磨损;三是为减少摩擦,可减少接触面的面积以及较小所受载荷,以此减小摩擦力;此外,也可通过探索提高材料的屈服强度。

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


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腐蚀(Corrosion),是指因工程材料与其周围的物质发生化学反应而导致解体的现象。


通常这个术语用来表示金属物质与氧化物如氧气等物质发生电化学的氧化反应。


例如,使用金属铁制成的产品会由于铁原子在固体溶剂中发生氧化而导致生锈,这就是电化学腐蚀的一个众所周知的例子。这种反应通常会产生对应金属的氧化物,也可能产生盐。换句话说,腐蚀指的是金属物质因化学反应而导致的损耗。


很多合金结构都仅仅因为暴露在潮湿的空气中遭到腐蚀,但是,腐蚀过程会受到材料所接触的物质的强烈影响。腐蚀可能在某个局部集中出现,从而导致材料上出现孔洞甚至裂缝,也有可能在一个较大面积的表面上几乎平均的分布。


由于腐蚀是一种扩散控制的过程,通常只有材料表面产生腐蚀。因此,可以通过一些对暴露的表面进行加工的办法,如钝化和铬酸盐转换等处理办法来增加材料的耐腐蚀性。


然而,仍然有一些腐蚀的机制无法观察到,也难以预料。


金属材料的腐蚀多种多样,宏观上分为整体腐蚀和局部腐蚀,在日常各类腐蚀事故中,基本以局部腐蚀最为常见,局部腐蚀又可分为应力腐蚀孔蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀等。


腐蚀还可以发生在其他不是金属的物质上,例如陶瓷和聚合物。

铁锈,最常见的腐蚀形式,图片来自Roger McLassus,CC BY-SA 3.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3503668


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金属材料是航空航天、交通运输、能源、化工、冶金等领域重大工程、大型设备设施的主要用材。众所周知,在复杂载茶和复杂环境的共同作用下,服役的金属材料和大型结构会产生腐蚀、疲劳、断裂、磨损等各种模式或多模式共存的失效事故,从而导致空难事故和重大经济损失。


据报道,美国每年因材料断裂造成损失达1190亿美元;英国海洋平台曾发生腐蚀疲劳失效导致石油年减产12%的事故;而根据中国工程院的调查,我国每年因腐蚀造成的损失也高达4900亿元。


当前,我国经济处于高速发展期,因金属材料失效引发的重大事故频繁发生。除了关注事故带来的人员、经济损失以及现场应急处置外,材料研究者更需要通过事故的技术分析,寻找各类事故发展的本质原因,以期为预测次生,衍生事故和预防同类事故发展及对材料加工、处理工艺进行优化提供数据依据。


《礼记·中庸》中有载:“凡事豫则立,不豫则废。言前定则不跲(jia,指受到阻碍),事前定则不困,行前定则不疚,道前定则不穷。”


做人做事大概都是这个道理。


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清 郑燮《竹石》

咬定青山不放松,立根原在破岩中。

千磨万击还坚劲,任尔东西南北风。


世事纷纷扰扰,变幻莫测。当下,唯一最应该做的,就是提升自己的修为和定力,提高自己做事的能力,准备好迎接未来的各种机遇和挑战。


坚持做好自己的事情,做最好的自己。别在机会来临的时候,你还是一脸茫然。


“勿谓言之不预也。”


这句话送给自己,也送给我现在的同事和朋友。


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