金屬疲勞是指材料、零構件在循環應力或循環應變作用下，在一處或幾處逐漸產生局部永久性累積損傷，經一定循環次數后產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程。 當材料和結構受到多次重復變化的載荷作用后，應力值雖然始終沒有超過材料的強度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發生破壞，這種在交變載荷重復作用下材料和結構的破壞現象，就叫作金屬的疲勞破壞。

用通常的話來說，金屬經連續往復的載荷作用下，會在金屬表面產生一些細小的裂紋，金屬表面的裂紋再經過累積、延伸到一定程度后，會發生迅速而強烈的脆性斷裂，在發生脆性斷裂時，金屬往往沒有承受超出金屬抗拉/抗壓強度的載荷，其原因在于，金屬的抗拉/抗壓強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，金屬更容易達到強度極限進而產生疲勞破壞。

金屬發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，成品內部的金屬組織結構并不均勻，這會導致金屬內部產生缺陷和內部應力，經過良好的熱處理可以細化金屬組織消除大部分應力，在金屬中添加各種稀土元素可以提升金屬的疲勞強度，進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，接觸面發生小幅度的往復相對運動，進而時零件表面產生磨損，氧化，疲勞剝落等形式的微動磨損疲勞等，按環境溫度分為，高溫、低溫、高低溫循環、腐蝕疲勞等，在高溫條件下（金屬熔點以上或再結晶溫度以上），金屬塑性提高硬度降低，更容易發生變形等問題，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，金屬在高低溫循環的條件下，會產生內部應力，進而使金屬發生疲勞損壞，腐蝕疲勞是指在空氣中，在空氣中水蒸汽的作用下，金屬表面會產生氧化物，這會破壞金屬表面強度，使收腐蝕區域更易發生破壞。按應力狀態分，分為單一應力疲勞及多向應力疲勞，零件在單一應力循環作用下，會得到略低于靜力載荷強度極限的壽命，而在多向應力的作用下，零件更容易因為發生形變而產生疲勞損壞。

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，斷裂的發生隱蔽而迅速且往往從零件的缺陷部位起始，進而使零件失效。

在了解了金屬疲勞形成的條件之后，接下來探索如何發現隱蔽的金屬疲勞，自19世紀初，人們發現金屬疲勞現象開始，人們便一直在探究疲勞現象發生的原因，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射線對金屬進行穿透，金屬內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域，加強缺陷處強度等方式來從一定程度上避免疲勞破壞現象的發生。