一般認為零件在許用應力下工作不會(huì )發(fā)生塑性變形，更不會(huì )發(fā)生斷裂，然而事實(shí)并非如此，工程中曾多次出現過(guò)在應力低于許用應力情況下，發(fā)生突然斷裂的**。
試驗研究表明，由于金屬材料內部不可避免地存在著(zhù)各種宏觀(guān)缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)在材料中的作用相當于裂紋，當材料受到外力作用時(shí)，這些裂紋的附近出現應力集中，如下圖1-11所示。由于應力線(xiàn)的特點(diǎn)是不能在試樣內部中斷，因而被迫繞過(guò)裂紋上下相連，使裂紋處的應力線(xiàn)增多，產(chǎn)生應力集中，使局部應力**超過(guò)材料的允許應力值，使得裂紋失穩擴展，直到終斷裂。
圖1-11 無(wú)裂紋和有裂紋試樣的應力線(xiàn)；
斷裂韌度就是用來(lái)反映材料抵抗裂紋失穩擴張能力的性能指標。通常用臨界應力強度因子KIc表示。
KIc=Yσc√a 式中Y--常數，與試樣材料、裂紋形狀及加載方式有關(guān)；a--裂紋長(cháng)度；σc--斷裂應力。
斷裂韌度是材料本身的一種力學(xué)性能指標，同其他力學(xué)性能一樣，主要取決于材料的成分、**結構及各種缺點(diǎn)，并與生產(chǎn)工藝過(guò)程有關(guān)。因此，適當調整成分，通過(guò)合理冶煉、加工和熱處理以獲得佳的**，就能大幅度提高材料的斷裂韌度，從而也就提高了含裂紋構件的承載能力。
許多機械零件如曲軸、齒輪、軸承、葉片和彈簧等，都是在交變載荷作用下工作的，這種載荷的大小、作用方向隨時(shí)間作周期性或無(wú)規則的變化，在金屬材料內部引起的應力也具有反復性和波動(dòng)性。這種隨時(shí)間作周期性變化的應力稱(chēng)為交變應力。在交變載荷下，零件受的應力雖然低于其屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的工作會(huì )產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現象稱(chēng)為材料的疲勞。金屬抵抗這種疲勞破壞的能力稱(chēng)為疲勞強度。疲勞破壞是機械零件失效的一種主要形式，據統計，在機械零件失效中，大約有80%以上是屬于疲勞破壞的。而且疲勞破壞事前并無(wú)明顯征兆，往往表現為突然破壞，所以危害極大。
疲勞強度是在疲勞試驗機上測定的。曲線(xiàn)表明，金屬承受的交變應力σ愈低，則斷裂前應力循環(huán)次數愈大。當應力低于一定值時(shí)，疲勞曲線(xiàn)變成與橫坐標平行的直線(xiàn)。這一現象表明當應力低于此值時(shí)，試樣可經(jīng)受無(wú)限次周期循環(huán)而不破壞，此應力值稱(chēng)為材料的疲勞強度，用σb表示。對于對稱(chēng)循環(huán)應力（如下圖1-13）的疲勞強度用σ-1表示。
機械零件之所以產(chǎn)生疲勞破壞，是由于材料表面或內部有缺點(diǎn)（如夾雜、劃痕、尖角等）。這些地方的局部應力大于屈服點(diǎn)，從而產(chǎn)生局部塑性變形而開(kāi)裂。這些微裂隨應力循環(huán)次數的增加而逐漸擴展，使承載的截面積**減小，以致不能承受加載而突然破壞。
常說(shuō)粗糙度和構件的疲勞強度有密切的聯(lián)系，實(shí)際上說(shuō)得確切說(shuō)是微觀(guān)表面波谷的曲率對疲勞強度有更大更直接的影響。越尖銳應力集中也就越大。
為了提高零件的疲勞強度，除通過(guò)合理選材，細化晶粒、減少材料和零件的缺點(diǎn)，改善零件的結構設計，避免應力集中，減小零件表面粗糙度等方法外，還可以采取表面強化的方法，如為提高零件的表面質(zhì)量，可以采用豪克能技術(shù)進(jìn)行強化加工，有削峰填谷的作用，改善工件表面質(zhì)量，預支殘余壓應力，極大降低應力集中，提高疲勞強度。
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