最后形成瞬时断裂区，瞬时脆性破断区特征是断口较粗糙。 （2） 疲劳极限（强度）
疲劳极限（强度）：金属材料经无限次应力循环而不破坏的最大应力值。它反映材料抗疲劳断裂的能力在一定条件下，当应力的最大值低于某一定值时，材料可能经受无限次循环仍然不会发生疲劳断裂。这个最大应力值，就叫金属材料的疲劳强度。
通常规定，钢经过107次应力循环仍不破坏，就认为它可以经受无限次循环，此时的最大应力值就定为其疲劳极限；有色金属则规定应力循环数为108次或更多次才能确定其疲劳强度。
（3） 影响金属材料疲劳强度的因素
材料本身的强度、塑性、组织和材质等影响材料的疲劳强度，另外，疲劳强度还与零部件的几何形状、加工光洁度和工作环境等有关。
由于疲劳失效的微裂纹绝大多数是先从表面产生和发展的，因而采用表面强化的处理，可以提高疲劳强度。 3.3 高温性能 3.3.1 高温机械性能
温度对金属材料的机械性能影响很大。一般随温度升高，强度降低而塑性增加。 对于高温材料的机械性能，不能只简单地用常温下短的拉伸的应力-应变曲线来评定，还需加入温度与时间两个因素，研究温度、应力、应变与时间的关系，建立评定材料高温机械性能的指标。
蠕变：金属在长时间的恒温、恒应力作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象。蠕变分为减速蠕变、恒速蠕变和加速蠕变三个阶段。
蠕变断裂：由蠕变变形而最后导致材料断裂的形式。
蠕变极限：金属材料在高温长时载荷作用下的抵抗塑性变形能力。 持久强度：金属材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。
持久强度极限：金属材料在规定温度（t）下，达到规定持续时间（τ）而不发生断裂的最大应力，以 表示。
MPa，表示该合金在700℃、1000h条件下的持久强度极限为30MPa。
3.3.2 应力松弛：一些高温下工作的紧固零件如汽轮机缸盖或法兰盘上的紧固螺栓，经过一段时间后紧固应力不断下降。这种紧固应力随时间增加而不断下降的现象叫做应力松弛。
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应力松弛是蠕变的结果。蠕变现象是在温度和应力恒定的情况下，塑性变形随时间的增加而不断增加，而应力松弛现象是在温度和总应变量不变的情况下，由于弹性变形不断地转化为塑性变形，即逐渐发生蠕变，从而使初始应力不断下降。
3.3.3 热疲劳：金属材料经受多次周期性热应力作用而破坏的现象。因为在冷热变化过程中，零件表面和内部存在温度差，使表面和内部的胀缩在时间上不同步，从而产生内应力。热疲劳裂纹常出现在零件的表面，成龟裂状。
3.3.4 热脆性：指钢在某一温度区间长期加热会导致其冲击韧性显著降低的现象。如热处理时可能发生的第一类回火脆和第二类回火脆性，其可能的原因是在高温下沿原奥氏体晶界析出了一层碳化物或氮化物脆性网。 3.3.5 高温氧化性能 (1) 高温氧化定义
高温氧化是指在高温下金属与氧气反应生成金属氧化物的过程。
高温氧化的基本过程可分为五个阶段。1）气-固反应阶段：气相氧分子碰撞金属材料表面。2）氧分子以范德华力与金属形成物理吸附。3）氧分子分解为氧原子并与基体金属的自由电子相互作用形成化学吸附。4）第四阶段为氧化物膜形成初始阶段。5）氧化物薄膜形成之后，将金属基体与气相氧隔离开。
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(2) 影响材料抗高温氧化性能的主要因素 1） 材料性质
a 材料的化学成分。包括化学成分的均匀性、微量元素的分布情况、杂质与其偏聚程度。
b 相组成。包括是单相还是多相，相的热力学稳定性和化学活性，以及在高温氧化期是否相变。
c 组织结构。指材料是单晶还是多晶，还有晶体晶格缺陷包括点缺陷(间隙与空位)、线缺陷(位错与晶界)和面缺陷(层错，相界)，以及宏微观组织和晶粒尺寸、微观疏松程度。
d 其他性能。包括扩散系数、热膨胀系数、弹性模量、泊松比等物理性质。 e 晶粒尺寸。晶粒尺寸愈小，氧化速度常数愈小，称为晶粒尺寸正效应，即晶粒细化可改善抗氧化性能。 2） 氧化膜性质
a 氧化膜的完整性、致密度以及氧化膜的生长应力。 b 氧化物热力学稳定性。
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c 氧化膜相组成、相的稳定性，结晶结构，缺陷类型与密度，是单层还是多层等。 d 氧化膜的力学性质，如生长应力、热应力分布，膜的塑性与强度等。 e 膜的物理性质，如热膨胀系数、扩散系数、弹性模量等。 3） 工作环境
a 环境介质的化学成分。 b 环境压力及变化。
c 环境介质流动状态、流速等。 d 环境温度及其变化。 e 受外力的状态。
4 金属材料的微观理论知识
4.1 金属键及其性质
金属原子的结构特点：价电子数目较少（1~3个），电子层数较多，原子核对价电子的引力较弱，价电子极易脱离原子核形成自由电子，金属原子成为正
离子。自由电子在正离子之间做高速运动，形成带负电的电子气。
金属键：金属原子间这种正离子与自由电子的电性引力结合。
金属键与非金属原子间的结合键（离子键和共价键）不同。金属离子间的键合力很大，且由大量原子结合成整体金属，故金属的强度高。
自由电子在电场力作用下作定向运动，使金属具有导电性；
金属离子周围的键是等价的、对称的，因而金属原子在空间的位置必须有规则地排列且势能最低，即呈晶体结构。
金属离子在平衡位置上作高速振动，温度越高，振幅越大。金属的这种结构决定了其具有优良的导热性。 4.2 晶体结构
金属材料通常都是晶体，为了便于分析晶体中原子的排列规律，通常用假想的线条将各原子中心连接起来，使之构成一个空间格架，这种三维的空间格架，称作“晶格”。
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取晶格中一个最基本的几何单元来表明原子排列的规律性，这个最小的几何单元，称为“晶胞”。显然，金属的结构是由大量晶胞在空间堆垛形成。晶胞各边的长度a，b，c称为“晶格常数”，其大小是以?为单位来度量。
常见的晶体结构有三种，即体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。
4.3 晶面、晶向与晶格致密度
为了研究方便，可以把金属原子看成球形，并且人为规定与邻近的原子是相切的，并将球的半径规定为原子半径。体心立方晶格中的原子半径与晶格常数的关系图如下。
4.4 单晶体与多晶体
如果依晶格中晶胞的长、宽、高取坐标系X、Y、Z，将坐标原点选在一个顶角原子上，晶格就有了方位和方向，称为位向。
在单晶体中晶格的位向是一致的。金属的单晶体很小，约在10-1-10-3cm数量级。金属总是以多晶体的形式存在，所以往往看不到金属的单晶体，金属单晶体的各向异性也被抵消了。
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