金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。 当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫作金属的疲劳破坏。

用通常的话来说，金属经连续往复的载荷作用下，会在金属表面产生一些细小的裂纹，金属表面的裂纹再经过累积、延伸到一定程度后，会发生迅速而强烈的脆性断裂，在发生脆性断裂时，金属往往没有承受超出金属抗拉/抗压强度的载荷，其原因在于，金属的抗拉/抗压强度是出于静力条件下得出的值，而其原因便是在交变载荷下，金属更容易达到强度极限进而产生疲劳破坏。

金属发生疲劳破坏的原因主要有两个方面，一方面是金属在熔融，铸造等一系列加工后，成品内部的金属组织结构并不均匀，这会导致金属内部产生缺陷和内部应力，经过良好的热处理可以细化金属组织消除大部分应力，在金属中添加各种稀土元素可以提升金属的疲劳强度，进而起到提高金属工作寿命的作用，另一方面便是外部因素，外部因素可以概括为三个方面，一是按载荷种类来区分，比如冲击载荷在表面形成的冲击疲劳，接触载荷，在表面形成的凹坑，麻点等解除疲劳，微动磨损疲劳，比如两零件表面相接触时，接触面发生小幅度的往复相对运动，进而时零件表面产生磨损，氧化，疲劳剥落等形式的微动磨损疲劳等，按环境温度分为，高温、低温、高低温循环、腐蚀疲劳等，在高温条件下（金属熔点以上或再结晶温度以上），金属塑性提高硬度降低，更容易发生变形等问题，在低温条件下，金属的塑性降低，脆性提高，金属更容易发生脆性断裂等问题，由于金属具有热胀冷缩的特性，金属在高低温循环的条件下，会产生内部应力，进而使金属发生疲劳损坏，腐蚀疲劳是指在空气中，在空气中水蒸汽的作用下，金属表面会产生氧化物，这会破坏金属表面强度，使收腐蚀区域更易发生破坏。按应力状态分，分为单一应力疲劳及多向应力疲劳，零件在单一应力循环作用下，会得到略低于静力载荷强度极限的寿命，而在多向应力的作用下，零件更容易因为发生形变而产生疲劳损坏。

使用显微镜观测，金属疲劳破坏的断口如下图所示。

金属韧性断裂（如拉断）断口如下图所示。

金属脆性断裂断面（如折断）断口如下图所示。

在上文的介绍的三种金属断面中，疲劳断裂的断面所承受的载荷***小，断裂的发生隐蔽而迅速且往往从零件的缺陷部位起始，进而使零件失效。

在了解了金属疲劳形成的条件之后，接下来探索如何发现隐蔽的金属疲劳，自19世纪初，人们发现金属疲劳现象开始，人们便一直在探究疲劳现象发生的原因，在探究过程中，人们掌握了多种探伤方式，较为常见的探伤方式有5种：射线检测、超声检测、涡流检测、磁粉检测，渗透检测。以射线检测为例，通过x射线对金属进行穿透，金属内部具有缺陷的部分可以穿透更多的射线，而密度均匀的部分会反射回更多的射线，所以在成像时，缺陷处更暗，而密度均匀处更亮一些。通过这种方式我们便可以更直观快捷的判断出金属内部缺陷的分布情况，让我们可以通过避开缺陷处作为工作区域，加强缺陷处强度等方式来从一定程度上避免疲劳破坏现象的发生。