· 熔断器–电气保护

· 剪切螺栓和剪切销–机械保护

· 牺牲阳极–腐蚀防护

牺牲组件材料的选择是一个挑战。牺牲组件意味着它是系统中最薄弱的环节，所以如果我们将其设计得过于强大，则其他一些更关键的部分最终可能会遭到破坏。

那么，我们该如何为牺牲组件选择材料呢？

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熔断器（电气）

电气熔断器可能是大多数人最熟悉的牺牲组件。因为如果允许过大的电流通过，大多数电器设备都可能被损坏或引起火灾，因此，通常使用熔断器来防止过大的电流通过。

在DIN导轨上安装的自动熔断器

传统的熔断器是由玻璃管中的金属丝制成的。当电流通过灯丝时，灯丝就会发热。如果产生足够的热量来熔化或蒸发灯丝，那么保险丝就会“熔断”并中断电流。

在选择可能的保险丝材料时，我们将考虑以下材料特性：

· 高的电导率

· 低熔点

· 容易成型为细丝或薄片

插装式保险丝

通常，金属具有最佳的导电性，并且能够被成形为细丝或片状。然而，不同的金属适合制作额定电流值不同的熔断器。通常，高熔点的金属会制成较高电流的熔断器。

如果我们对高导电率和低熔点进行搜索，我们会找到一些用于低电流熔断器的良好候选材料。

高额定电流值的熔断器需要更高的熔点，因此我们可以查找具有最高导电率和熔点的材料。

在这些材料中，锌，铝，银和铜都是常见的熔断器材料。当电流流过时，熔断器中的金属丝会发热。如果金属丝承受的电流超过熔断器的额定值，则金属丝会升温并超过金属的熔点，从而熔断金属丝并断开电路。

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剪切螺栓和剪切销

剪切螺栓是另一种常见的牺牲组件，用于保护机械设备免受过大的力。剪切螺栓是紧固件的一种，它的破断力低于损坏机器其他部分所需的的力，从而保护与它们连接在一起的其他机器部件。

吹雪机中的剪切螺栓

吹雪机（又称抛雪机）中的剪切螺栓就是一个例子。吹雪机经常会遇到积雪掩盖的意外障碍，例如岩石或路缘石。发生这种情况时，如果将螺旋钻撞击障碍物的力传递到机器的发动机上，则可能导致严重损坏。因此，使用了剪切螺栓，如果螺旋钻堵塞，则剪切螺栓会失效，而不是使发动机过载和损坏。

在选择材料时，须考虑应用的场景。如果销钉太脆，则它们会在低应力情况下不断断裂。如果销钉太耐用，则由于在最需要的时候无法折断，导致吹雪机的齿轮处于危险之中。

选择剪切螺栓材料主要考虑两个要素：

· 具有较窄的强度范围（屈服强度值与抗拉强度值很接近）

· 材料塑性较差

强度的重要性是显而易见的：如果我们要使剪切螺栓在某个特定的应力值下失效，那么我们就必须知道螺栓的强度。

另外，如果材料的塑性较好，螺栓在断裂前会弯曲或变形，则可能会导致意外的失效模式或使更换工作比预期的更加困难。因此，应避免使用易塑性好的材料。

剪切螺栓和剪切销并不是唯一的牺牲性机械组件。牺牲齿轮有时用于保护齿轮传动系统。汽车的褶皱区域设计用于在发生碰撞时吸收能量，从而保护乘员。

因此，在这些情况下，不需要选择最坚固的材料，相反，较弱的材料将获得更可控且更安全的失效。

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牺牲阳极

牺牲组件也可用来保护金属零件不受腐蚀。

两种不同氧化电位的金属相互接触并暴露在水环境中，就产生电化学腐蚀，因为这两种不同电位的金属构成了一个微原电池。

结果氧化电位较大的金属腐蚀加速，氧化电位较小的金属腐蚀率减缓。例如当金属锌和金属铁在水中接触时，锌比铁的氧化电位高，为阳极，被腐蚀。铁比锌的氧化电位低，为阴极，不被腐蚀。

这种腐蚀现象称为牺牲阳极的阴极保护法，或牺牲阳极保护。其中，氧化电位是衡量一个原子形成氧化物的倾向性指标。下表列出了一些材料的氧化电位。

通过将金属零件与具有更大氧化电位的另一金属配对，可以保护其免受腐蚀。具有较高氧化电位的金属将充当阳极，并遭受腐蚀的影响，另一部分将充当阴极，并且只要两种不同的金属间有电接触，即可防止腐蚀。

船东需要了解船上安装的牺牲阳极的位置和状况。如果不能定期维护或更换阳极，船尾螺旋桨和其他水下金属配件下可能发生的腐蚀损害将是灾难性的。

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总结一下

有些情况下，最坚固、最耐用的材料并不总是最好的选择。许多系统可以从包含牺牲组件中获益，这些牺牲组件在设备出现故障时保护设备的其余部分。这些包括：

· 电熔断器融化，以防止过大的电流损坏电路

· 剪切螺栓和剪切销会断裂，以防止对电机和其他零件造成机械损坏

· 牺牲阳极腐蚀，以保护另一个金属部件

其实，“完美失效”设计的背后，是一种理性止损的哲思，或者我们常说“两害相较取其轻处”处世哲学。

牺牲组件的意义在于保护重要的设备。牺牲组件从价值上来说，本是无足轻重的东西，它唯一的价值在于保护更重要的设备。它的存在是为了设备，而不是为了它自己，更不是设备为它而存在。

当设备运行面临危险时，牺牲组件以自身的毁灭挽救大局，这是牺牲组件存在唯一的意义。这种牺牲有时候显得有些悲壮。

1945年7月，正当丘吉尔首相在德国波茨坦与美苏商讨战后秩序重建的时候，英国国内大选却将重视劳工利益的工党选上台，而将他这个保守党头子选下去。丘吉尔得知消息后，却安之若素，不仅如此，他还在卸任时大度地说：“对杰出内阁首相的无情，是伟大民族的象征。”而斯大林则对此愤愤不平地说：“丘吉尔先生，是你领导英国打赢了战争，他们怎么能这么对待自己的民族英雄呢？你看在苏联，谁敢罢免我？”丘吉尔讲道：“斯大林先生，我带领英国人民打赢战争，就是为了让英国人民能够继续拥有罢免我的权力！”

丘吉尔后来引用古希腊作家普鲁塔克的话说：“对他们的伟大人物忘恩负义，是伟大民族的标志。”

这是另一种维度的“完美失效”。