Усталостное разрушение металлов происходит в условиях повторяющихся переменных напряжений, значения которых меньше предела прочности. Это процесс постепенного разрушения — усталость заключается в том, что под действием переменных нагрузок в наиболее нагруженномили ослабленном месте металла зарождается, а затем растет трещина, при этом площадь сплошного металла уменьшается, т.е. напряжения возрастают (σ = Р/F, при постоянной нагрузке Р уменьшение площади F приводит к росту напряжений σ). Наступает момент, когда оставшаяся неповрежденная часть сечения уже не может выдержать приложенной нагрузки, поскольку действующие напряжения выше предела прочности (т.е. σ > σ_B ), при этом происходит быстрое разрушение металла.
Свойство материала противостоять усталости называется выносливостью. Наибольшее напряжение, которое выдерживает металл без разрушения при повторении заранее заданного числа циклов, называют пределом выносливости. Испытание на усталость чаще всего осуществляют на вращающемся образнее приложенной постоянной изгибающей нагрузкой. Напряжения в каждой точке на образце за один оборот изменяются от положительных (растяжение) до отрицательных (сжатие), т.е. меняются по закону синусоиды (рис. 2.13). При таком нагружении отношение максимальной и минимальной величины напряжений равно -1. Предел выносливости в этом случае обозначается σ_-1.

Рисунок 2.13 - Зависимость напряжения σ от числа циклов n при знако­переменной нагрузке: «+» — растяжение;«-» — сжатие

Испытания выполняются следующим образом. При заданном напряжении определяется количество циклов до разрушения, полученное значение наносится на график «n — σ», где n- число циклов. В результате получают кривую усталости (рис. 2.14).

Рисунок 2.14 - Кривая усталости

Как видно из формы кривой, существует напряжение, которое вообще не вызывает разрушения, это и есть предел выносливости. Это означает, что при напряжениях ниже σ_-1 , деталь может работать сколь угодно долго.