一、概述

金屬零部件在遠低于材料強度極限的交變應力作用下，發生的破壞叫做金屬疲勞破壞。據統計，在機械零件失效中有80％以上屬于疲勞破壞。

例如大多數軸類零件，通常受到的交變應力為對稱循環應力，這種應力可以是彎曲應力、扭轉應力、或者是兩者的復合。如火車的車軸，是彎曲疲勞的典型，汽車的傳動軸、后橋半軸主要是承受扭轉疲勞，柴油機曲軸和汽輪機主軸則是彎曲和扭轉疲勞的復合。再如齒輪在嚙合過程中，所受的負荷在零到某一極大值之間變化，而缸蓋螺栓則處在大拉小拉的狀態中，這類情況叫做拉-拉疲勞；連桿不同于螺栓，始終處在小拉大壓的負荷中，這類情況叫做拉-壓疲勞。

我們還可以列舉很多常用的機械零件所受的負荷情況，綜合這些情況就會得到上面已經提過的結論：大多數零件的失效是屬于疲勞破壞的。

二、疲勞斷裂破壞的特點

盡管疲勞斷裂有各種類型，但它們都有一些共同的特點：

1、 發生斷裂時，零部件并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的預兆，而是突然地破壞。

2、通常引起疲勞斷裂的應力值很低，常常低于靜載時的屈服強度。

3、發生疲勞斷裂產生的斷口處能清楚地顯示出裂紋源、擴展和最后斷裂三個組成部分。

三、疲勞斷口分析

疲勞斷口有各種型式，它取決于載荷的類型，即所受應力為彎曲應力、扭轉應力還是拉-壓應力，同時與應力的大小和應力集中程度有關。

一個典型的金屬疲勞斷口總是由疲勞源區、疲勞擴展區和瞬時斷裂區三部分構成。

(一)疲勞源區

疲勞源是零件疲勞破壞的起始點，用肉眼很難看到，它通常發生在零構件的尖角、凹糟、截面突變等應力集中部位表面，或發生在有夾雜、疏松、氣孔等零構件的內部。

當零構件在工作中出現應力峰值時，這些部位就會突破晶間結合力，產生微觀裂紋。且沿一定的結晶學面生長，形成疲勞裂紋的核心-疲勞源。然后，裂紋立即沿滑移帶與應力成45°角向金屬內部伸展。從金屬表面材料滑移到裂紋成核，稱為疲勞過程的第一階段。

(二)疲勞擴展區
這一區域的形成是由疲勞源開始的。在疲勞源區，裂紋伸展到一定長度后，逐漸改變方向，最后與拉應力成垂直。按非結晶學方式擴展，即進入裂紋擴展的第二個階段。這一階段裂紋擴展既有微觀擴展階段，也有宏觀擴展階段，它們的擴展性質一致，只存在著量的差別。
在裂紋的第二個階段擴展中，又分為裂紋被包圍的彈性區內擴展和裂紋在塑性區內擴展。當裂紋長度遠遠大于裂紋頂端塑性尺寸時。對于承受低循環、高載荷、高裂紋擴展速度的零構件，屬于在塑性區內的擴展。裂紋在第二個階段的擴展過程，是裂紋頂端附近金屬在剪應力作用下，發生反復塑性變形過程。
(三)瞬時斷裂區
隨著疲勞裂紋的不斷擴展，使零構件承受應力的有效面積越來越小。當其一應力循環次數的最大應力大于材料的疲勞極限時。便產生瞬間斷裂，形成了疲勞斷裂區。對于塑性材料，其斷口呈纖維狀，暗灰色；對于脆性材料，其斷口呈結晶狀。