金属构件在交变载荷的作用下，尽管应力水平未达到其抗拉强度，甚至低于屈服极限，但在经过一定数量的循环周期后，仍可能发生一种称为疲劳断裂的突然断裂。疲劳断裂，作为脆性断裂的一种形式，具有其独特的现象和特征。

首先，疲劳负荷本质上是一种交变负荷。在交变负荷的作用下，金属构件的每一次应力循环并不会立即导致明显的破坏或断裂。疲劳断裂是一个累积的过程，需要经历多次负荷循环。根据循环次数的不同，疲劳断裂可分为高周疲劳断裂和低周疲劳断裂。高周疲劳断裂的循环次数通常大于10^4，而低周疲劳断裂的循环次数则通常在10^2至10^4之间。值得注意的是，即使在疲劳断裂发生时，其应力水平仍然低于材料的抗拉强度σb和屈服点σs。

其次，疲劳断裂的发生需要满足特定的应力条件，即必须有使材料分离的反复拉伸应力和反复切应力。纯压缩负荷不会导致疲劳断裂。疲劳的起源点通常出现在zui大拉应力处，这是由于在交变负荷的作用下，金属表面晶体在平行于zui大切应力平面上产生无拘束的相对滑移，形成了复杂的表面状态，即所谓的“挤出”和“挤入”现象。当这种滑移带形成尖锐而狭窄的缺口时，便成为了疲劳裂纹的裂纹源。

疲劳断裂的过程包括疲劳裂纹的萌生、裂纹扩展和瞬时断裂三个阶段。疲劳裂纹的萌生主要由不均匀的局部滑移和显微开裂引起。这些滑移和开裂可能源于表面滑移带的形成、第二相、夹杂物或其界面的开裂、晶界或亚晶界的开裂以及各类冶金缺陷和工艺缺陷等。随着交变负荷的持续作用，疲劳裂纹会经历切向扩展和正向扩展两个阶段，zui终导致材料的瞬时断裂。

因此，对于金属构件的设计和使用，必须充分考虑其在交变载荷下的疲劳性能，以避免疲劳断裂的发生。这包括选择合适的材料、优化构件结构、控制制造工艺以及实施定期的检测和维护等措施。只有这样，才能确保金属构件在使用过程中的安全性和可靠性。经过深入分析，Z在某一阶段所展现出的显著微观特征是大量平行排列的条纹，这些条纹被专 业术语称为“疲劳辉纹”。随着疲劳过程的演进，当疲劳裂纹在第二阶段扩展至一定程度后，由于工作截面的持续减少，应力水平逐渐上升，导致裂纹扩展速度加快。当剩余截面面积不足以支撑外部负荷时，材料在交变应力的作用下会发生瞬时的、灾难性的断裂。这一过程与单调加载条件下的断裂行为具有一定的相似性。值得注意的是，疲劳断裂与一次性负荷断裂存在显著差异，它表现为一种渐进式的失效模式。进一步观察表明，即使是塑性表现良好的合金钢或铝合金，在疲劳断裂的构件断口附近，也往往难以发现明显的宏观塑性变形迹象。这一现象为我们提供了深入理解和评估材料疲劳行为的重要线索。