腐蚀与疲劳均为材料构件失效的主要形式，在多种情况下，二者相辅相成，相互促进，共同对材料发起攻击，俨然一对团结互助的“好兄弟”。这对“好兄弟”一起出现时就是腐蚀疲劳，腐蚀疲劳是指材料在交变载荷和腐蚀介质的协同、交互作用下发生的一种破坏形式，广泛存在于航空、船舶以及石油等领域。腐蚀疲劳破坏是工程上面临的严重问题，现已成为工业领域急需解决的课题。今天就让我们来聊聊腐蚀的兄弟——金属疲劳那些事儿。
金属为什么会疲劳？
生活经验告诉我们，要想徒手拉断铁丝是非常困难的，但如果反复折几下却很容易折断。这表明，即使反复变化的外力远小于能将金属直接拉断的恒力，也会使它的机械性能逐渐变弱并最终损毁。金属的这种现象和人在长期工作下的疲劳非常像，科学家们便形象地称其为“金属疲劳”。
不少小伙伴都会疑惑：人累了会疲劳，怎么坚硬的金属也会疲劳呢？正所谓“黄金无足色，白璧有微瑕”，我们目前所用的金属并非是完美的，在加工或使用的过程中，金属总会存在一些缺陷，比如内部有杂质或孔洞、表面有划痕。这些缺陷往往只有微米量级，很难通过肉眼观察，如果给金属施加一个不变的拉力，它们并不容易产生裂缝。可如果外力是反复变化的，一会儿是拉力一会儿是压力，一部分能量就会转换成热，积累在金属内部，一旦超过某个限度，金属就很容易在缺陷处发生原子间的化学键断裂，导致结构开裂。
显微镜观测到的金属缺陷及起始于该缺陷的金属疲劳开裂过程
疲劳到底是什么呢？
疲劳是指在低于材料极限强度(ultimatestrength)的应力(stress)长期反复作用下，导致结构终于破坏的一种现象。由于总是发生在结构应力远低于设计容许最大应力的情况下，因此，常能躲过一般人的注意而不被发觉，这也是疲劳最危险的地方。
材料承受反复应力的作用过程
疲劳破坏大致分为低周期疲劳(lowcyclefatigue)和高周期疲劳(highcyclefatigue)。一般而言，发生疲劳破坏时的应力周期次数少于十万次者，称为低周期疲劳；高于此次数者，称为高周期疲劳。低周期疲劳的作用应力较大，经常伴随着结构的永久塑性变形(plasticdeformation)；高周期疲劳的作用应力较小，结构变形通常维持在弹性(elastic)范围内，所以不致有永久变形。
材料疲劳破坏的进程分为：裂纹初始(crackinitiation)、裂纹成长(crackgrowth)、强制破坏(rupture)。材料表面瑕疵或是几何形状不连续处，材料晶格(lattice)在外力作用下沿结晶面(crystallographyplane)相互滑移(slip)，形成不可逆的差排(dislocation)移动，在张力及压力交替作用下，于材料表面形成外凸(extrusion)及内凹(intrusion)，造成初始裂纹。这些初始裂纹在多次应力周期的拉伸应力连续拉扯下逐渐成长，使材料承载面积缩减，降低材料的承载能力。当裂纹成长到临界长度(criticallength)时，材料净承载面积下的应力超过材料的极限强度，此时的材料强制破坏也就无法避免了。
疲劳破坏特点
断裂时并无明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的预兆，而是突然地破坏；
疲劳破坏在循环应力的最大值，远低于材料的抗拉强度或屈服强度的情况下就可以发生；
疲劳对缺陷（例如缺口、裂纹及组织缺陷）十分敏感，由于疲劳破坏是从局部开始的，所以它对缺陷具有高度的选择性；
疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后断裂三个组成部分。
疲劳强度影响因素
影响疲劳强度的因素比较多，以下几类因素在航空发动机设计、制造中需要重点予以考虑。
疲劳源总是出现在应力集中的地方，必须注意构件的细节设计以避免严重的应力集中，比如加大剖面突变处的圆角半径；
疲劳裂纹常常从表面开始，所以表面状态对疲劳强度会有显著的影响，表面加工越粗糙，疲劳强度降低、越严重；
一般随着温度的升高，疲劳强度会降低。
疲劳的危害
虽然很多人都没听过金属疲劳的事儿，但它却广泛潜伏在人们的日常生活中，常常引发出人意料的严重事故。据估计，约90%的机械事故都和金属疲劳有关。
2002年，一架由我国台湾飞往香港的波音747客机在澎湖附近海域解体坠毁，造成包括机组成员在内共225人不幸罹难。事后调查认为，飞机上一块修补过的蒙皮发生了严重的金属疲劳开裂，造成机尾脱落，最终导致飞机因舱体失压而解体。
2007年，美国空军的一架F-15战斗机在模拟空战时，战机机头与机身分离，飞行员弹射出舱，这次事故造成美军F-15战机大面积停飞，调查结果显示，事故起因于飞机上的一根金属纵梁发生了疲劳。
除了飞行事故，轮船、列车、桥梁、汽车等，也常因金属疲劳招致灾难。二战期间，美国的5000艘货船发生了近1000次金属疲劳事故，200多艘货船彻底歇菜；1998年，德国一列高速行驶的动车因车轮轮箍的疲劳断裂而脱轨，造成100余人死亡。
抑制疲劳的方法
结构设计中尽量避免产生应力集中，对过渡圆角、螺栓孔等容易产生应力集中的部位进行优化，疲劳往往出现在这些应力集中部位。
疲劳强度一般随着温度的升高急剧下降，不能为了性能达标而一味地提高温度。
采用各种表面强化处理、孔挤压强化等。
裂纹往往出现在材料缺陷或者加工缺陷位置，必须加强零部件加工制造工艺，严格控制关键位置的加工精度和加工质量，减少疲劳源，防止超差等质量问题引起的疲劳失效。
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