一个零部件受到随时间而变化的载荷作用，称为交变载荷，如图2-11 所示。
图2-11 交变载荷示意图
交变载荷的特点是：应力方向随时间循环变化。这种应力特征会造成断裂过程与前述各类静载荷相比具有不同的断裂特点：
（1）在静载拉伸情况下，试样拉伸到屈服强度以上，试样出现均匀滑移变形。而在交变载荷下即使应力幅值低于屈服强度，经过多次循环后也会出现滑移，但是滑移分布不均匀。这是交变载荷与静载荷最大的差别。而这种滑移的不均匀性一般出现在试样表面、金属晶界及非金属夹杂物等处。
（2）根据特点（1）可以推知：在拉伸、弯曲、扭转等静载荷情况下，如果应力小于材料的屈服强度σs，材料不会塑性变形，如果应力低于断裂强度σb，材料不会断裂。但是在交变载荷下，材料可以在低于屈服强度的情况下发生断裂。还可推知疲劳裂纹往往启裂于表面或夹杂物等处。
（3）一定的应力幅值S 对应一定的循环破坏次数N，应力幅值越大对应的循环破坏次数越少，应力幅值与循环次数间的关系称为S-N 曲线，见图2-11。这就说明疲劳裂纹扩展的过程是：应力循环一次裂纹扩展一定距离，应力幅值高，裂纹扩展距离长。所以断口有着与静载条件下不同的形貌，并且与应力幅值的大小有密切的关系。
（4）由于应力分布的特殊性，所以无论是脆性材料还是韧性材料，在交变载荷下均是疲劳裂纹扩展到一定程度突然破坏，即使是韧性非常好的材料也不会出现明显的塑性变形。(www.xing528.com)
（5）某些材料存在一个应力值，如果低于它，裂纹则不会扩展。此应力值称为疲劳极限。一般情况下疲劳极限对循环频率不敏感。
在交变载荷中为什么低应力作用下会出现不均匀滑移而断裂？目前一般的观点如下：
在各种力学试验中测定出的应力实际是一种宏观应力。在交变载荷作用下，从宏观上看，其应力水平通常低于引发宏观塑性变形所需要的值。但是从微观角度分析，试样表面是粗糙不规则的，微观组织在表面微小区域分布也并不均匀。例如45 钢正火处理后，其组织是珠光体与铁素体的混合组织。在表面某一个微小区域，可能均是珠光体组织，而在另一个微小的区域，可能均是铁素体组织。因此，在铁素体组织的微小区域，其局部微观应力会超过铁素体组织的屈服强度。在这种情况下，由于重复交变载荷而局部发生塑性变形，所以会出现不均匀滑移。这些不均匀滑移也是在切应力作用下形成的，与拉伸应力约成 45°角。疲劳裂纹的初始形成阶段称为阶段Ⅰ。当裂纹扩展一微小距离后，进入裂纹扩展方向与主应力垂直的第Ⅱ阶段。这一阶段裂纹穿晶扩展。在循环拉应力作用下，由于裂纹尖端的应力集中，超过材料的屈服强度会发生微小塑性变形，因此在裂纹前沿的后面留下高低不平的区域，这就是微观显微镜下观察到的条纹（见3.1 节）。
应该说明的是：疲劳裂纹在不形成条纹的情况下也能扩展，所以不能因为没有条纹就认为零件不是疲劳失效。决定是否是疲劳失效的主要因素是交变载荷。每一个条纹与载荷循环中的裂纹生长相联系，并且已经明确，条纹间距与载荷之间有密切关系。载荷频率越高，应力幅值越低，条纹越细。同时裂纹扩展过程中由于截面积不断减少，所以应力不断增加，使得条纹间距不断加宽。
上述断裂过程解释了为什么疲劳裂纹往往出现在试样表面或夹杂物处，同时也可推知，在表面的台阶处、尖角处或表面很深的加工刀痕处容易产生疲劳裂纹。
根据大量试验结果，人们总结出常用材料的疲劳极限与静强度之间的关系，见表2-1。
表2-1 材料疲劳强度与静强度的关系[3]
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
