金屬疲勞是指材料、零構(gòu)件在循環(huán)應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)變作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。 當(dāng)材料和結(jié)構(gòu)受到多次重復(fù)變化的載荷作用后，應(yīng)力值雖然始終沒有超過材料的強(qiáng)度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞，這種在交變載荷重復(fù)作用下材料和結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象，就叫作金屬的疲勞破壞。

用通常的話來說，金屬經(jīng)連續(xù)往復(fù)的載荷作用下，會在金屬表面產(chǎn)生一些細(xì)小的裂紋，金屬表面的裂紋再經(jīng)過累積、延伸到一定程度后，會發(fā)生迅速而強(qiáng)烈的脆性斷裂，在發(fā)生脆性斷裂時，金屬往往沒有承受超出金屬抗拉/抗壓強(qiáng)度的載荷，其原因在于，金屬的抗拉/抗壓強(qiáng)度是出于靜力條件下得出的值，而其原因便是在交變載荷下，金屬更容易達(dá)到強(qiáng)度極限進(jìn)而產(chǎn)生疲勞破壞。

金屬發(fā)生疲勞破壞的原因主要有兩個方面，一方面是金屬在熔融，鑄造等一系列加工后，成品內(nèi)部的金屬組織結(jié)構(gòu)并不均勻，這會導(dǎo)致金屬內(nèi)部產(chǎn)生缺陷和內(nèi)部應(yīng)力，經(jīng)過良好的熱處理可以細(xì)化金屬組織消除大部分應(yīng)力，在金屬中添加各種稀土元素可以提升金屬的疲勞強(qiáng)度，進(jìn)而起到提高金屬工作壽命的作用，另一方面便是外部因素，外部因素可以概括為三個方面，一是按載荷種類來區(qū)分，比如沖擊載荷在表面形成的沖擊疲勞，接觸載荷，在表面形成的凹坑，麻點(diǎn)等解除疲勞，微動磨損疲勞，比如兩零件表面相接觸時，接觸面發(fā)生小幅度的往復(fù)相對運(yùn)動，進(jìn)而時零件表面產(chǎn)生磨損，氧化，疲勞剝落等形式的微動磨損疲勞等，按環(huán)境溫度分為，高溫、低溫、高低溫循環(huán)、腐蝕疲勞等，在高溫條件下（金屬熔點(diǎn)以上或再結(jié)晶溫度以上），金屬塑性提高硬度降低，更容易發(fā)生變形等問題，在低溫條件下，金屬的塑性降低，脆性提高，金屬更容易發(fā)生脆性斷裂等問題，由于金屬具有熱脹冷縮的特性，金屬在高低溫循環(huán)的條件下，會產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，進(jìn)而使金屬發(fā)生疲勞損壞，腐蝕疲勞是指在空氣中，在空氣中水蒸汽的作用下，金屬表面會產(chǎn)生氧化物，這會破壞金屬表面強(qiáng)度，使收腐蝕區(qū)域更易發(fā)生破壞。按應(yīng)力狀態(tài)分，分為單一應(yīng)力疲勞及多向應(yīng)力疲勞，零件在單一應(yīng)力循環(huán)作用下，會得到略低于靜力載荷強(qiáng)度極限的壽命，而在多向應(yīng)力的作用下，零件更容易因為發(fā)生形變而產(chǎn)生疲勞損壞。

使用顯微鏡觀測，金屬疲勞破壞的斷口如下圖所示。

金屬韌性斷裂（如拉斷）斷口如下圖所示。

金屬脆性斷裂斷面（如折斷）斷口如下圖所示。

在上文的介紹的三種金屬斷面中，疲勞斷裂的斷面所承受的載荷***小，斷裂的發(fā)生隱蔽而迅速且往往從零件的缺陷部位起始，進(jìn)而使零件失效。

在了解了金屬疲勞形成的條件之后，接下來探索如何發(fā)現(xiàn)隱蔽的金屬疲勞，自19世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)金屬疲勞現(xiàn)象開始，人們便一直在探究疲勞現(xiàn)象發(fā)生的原因，在探究過程中，人們掌握了多種探傷方式，較為常見的探傷方式有5種：射線檢測、超聲檢測、渦流檢測、磁粉檢測，滲透檢測。以射線檢測為例，通過x射線對金屬進(jìn)行穿透，金屬內(nèi)部具有缺陷的部分可以穿透更多的射線，而密度均勻的部分會反射回更多的射線，所以在成像時，缺陷處更暗，而密度均勻處更亮一些。通過這種方式我們便可以更直觀快捷的判斷出金屬內(nèi)部缺陷的分布情況，讓我們可以通過避開缺陷處作為工作區(qū)域，加強(qiáng)缺陷處強(qiáng)度等方式來從一定程度上避免疲勞破壞現(xiàn)象的發(fā)生。