疲勞斷裂通常由重復應力作用、材料缺陷、環(huán)境腐蝕、溫度變化和設計不合理等因素引起。疲勞斷裂是材料在遠低于其極限強度的循環(huán)應力下逐漸產(chǎn)生裂紋并擴展直至斷裂的現(xiàn)象，常見于機械部件、航空航天結構等領域。

1、重復應力作用

材料在長期承受交變載荷或周期性應力時，微觀結構會逐漸產(chǎn)生滑移帶和微裂紋。例如旋轉軸、齒輪等部件在運轉中反復受拉壓或彎曲應力，即使單次應力未超過屈服強度，累積損傷仍會導致裂紋萌生。這類斷裂通常表現(xiàn)為貝殼狀斷口，可通過降低工作載荷頻率或采用表面強化工藝緩解。

2、材料缺陷

材料內部的夾雜物、氣孔或晶界弱化等缺陷會成為應力集中源。鑄造鋁合金中的縮孔或焊接接頭的未熔合區(qū)域，在循環(huán)載荷下易從缺陷處引發(fā)裂紋。采用真空熔煉、熱等靜壓處理可減少缺陷，對于關鍵部件需通過無損檢測排除材料隱患。

3、環(huán)境腐蝕

腐蝕介質與交變應力協(xié)同作用會加速裂紋擴展。海洋環(huán)境中的不銹鋼構件受氯離子侵蝕后，表面蝕坑處易產(chǎn)生應力集中，形成腐蝕疲勞。核電管道在高溫高壓水環(huán)境中可能發(fā)生應力腐蝕開裂。通過表面鍍層、陰極保護或選用耐蝕材料可改善抗性。

4、溫度變化

高溫使材料蠕變抗力下降，低溫則導致韌性降低。渦輪葉片在冷熱循環(huán)中承受熱機械疲勞，晶界氧化會促進裂紋擴展。采用單晶合金或熱障涂層可提升耐溫性能，對于低溫設備需嚴格控制材料韌脆轉變溫度。

5、設計不合理

尖銳轉角、截面突變等設計缺陷會造成局部應力集中。飛機蒙皮鉚接孔邊緣若未做倒角處理，在氣動載荷反復作用下易出現(xiàn)多源疲勞裂紋。通過優(yōu)化結構過渡曲線、增加加強肋或采用損傷容限設計可顯著延長服役壽命。

預防疲勞斷裂需從設計階段考慮載荷譜特性，選用具有良好疲勞性能的材料，制造過程中嚴格控制缺陷，定期進行無損檢測維護。對于關鍵承力部件建議建立剩余壽命評估體系，在裂紋萌生初期及時更換。日常維護中應注意觀察部件表面是否有異常磨損或腐蝕跡象，避免超負荷運行，環(huán)境惡劣時需加強防護措施。通過應力分析軟件模擬實際工況，能有效優(yōu)化結構抗疲勞性能。