疲劳破坏是机械零部件，如轴、轴承、弹簧、齿轮等失效的主要原因。据统计，在机械零部件中大约有80%的失效属于疲劳破坏。而且，在疲劳破坏前，并没有明显的塑性变形，往往具有突发性，容易造成重大损失。
机械零件产生疲劳断裂，是由于材料表面或内部有缺陷(划痕、裂纹、杂质等)，这些微裂随应力循环次数的增加而逐渐扩展，以至最后不能承受所加载荷而突然断裂。
通过交变载荷试验，规定黑色金属达到107周次，有色金属、不锈钢等为108周次而不断裂的最大应力称为疲劳极限。
金属的疲劳极限受到很多因素的影响，有工作条件、表面状态、内部质量及残余应力等。改善零部件的结构形状、降低表面粗糙度以及采取各种表面强化的方法，都能提高零部件的疲劳极限。
5.1.4工艺性能
工艺性能是指金属材料适应加工工艺要求的能力。测定工艺性能的方法称为工艺性能试验。
一、铸造性
铸造是将熔融金属注入与零件形状相应的铸型内，待其冷凝后获得铸件的方法。金属适宜用于铸造的性能，即得到内部组织和表面质量的好坏程度，称为铸造性。铸造性能常用流动性、收缩性、偏折和吸气性等性能加以综合衡量。
(一)流动性
指液态金属本身的流动能力。它直接影响液体金属的充型能力，流动性好的金属，能充满铸型而获得准确的尺寸，使铸件质量提高。
(二)收缩性
是指金属从液态到固态冷凝过程中，体积减小的性能。收缩是导致铸件产生缩孔、缩松、内应力、变形和裂纹的重要原因。
(三)偏折
是指金属化学成分的不均匀现象。在铸造凝固过程中产生的偏折，将造成不同的组织、熔解温度和不同的收缩，致使铸件的机械性能也不均匀。
(四)吸气性
是指金属与气体的结合力。在铸造中，当金属在凝固时，气体的溶解度变化大，使铸件容易产生气孔，或吸收氢造成氢脆。所以吸气性既影响表面质量，又影响内部质量。
二、焊接性
金属材料的焊接性是指其适合常用的焊接方法和焊接工艺的能力并获得优质的焊接焊头的可能性。金属材料中合金元素种类不同，含量不同，其焊接性能也不同。一般来说，含碳量小于0.45%的碳素钢和低合金钢焊接性能良好，而铸铁的焊接性能很差。
三、切削性
利用刀具对金属进行切削加工，目的是获得几何形状、尺寸精度和表面光洁度都符合要求的产品。不同的材料，加工的难易程度也不尽相同。衡量金属材料切削加工的难易程度称为切削性。
金属的切削性能主要决定于材料的物理、机械性能。一般地，材料的强度大、硬度高，切削力也大，刀具磨损快，切削性能也差。塑性好的材料，切削时的变形和摩擦都比较严重，断屑困难，刀具容易磨损，因而切削性能也差。脆性材料，容易产生崩碎切屑，难以得到要求的形状和精确的尺寸，也容易导致刀具的磨损。所以金属材料的切削性常以一定时间的切削速度、零件表面光洁度、刀具的耐用度、切削阻力和断屑形状等指标来衡量。
四、可锻性
金属在外力作用下改变本身的形状，当外力作用停止后仍能保持改变后的形状的性能，称为可锻性。可锻性也是对金属能否适应压力加工能力的检验。
金属的可锻性与化学成分、组织、变形条件等有关。一般纯金属的可锻性比合金好，低碳钢的可锻性比高碳钢好，加温后材料的可锻性比不加温时好。
利用金属可锻性的性能，可对一些金属材料施加冷轧、热轧、冷锻、热锻工艺，以获得性能各异、质量上乘的材料，满足不同条件的需要。
五、弯曲变形性能
弯曲变形性能由弯曲试验来鉴定其韧性、延展性和表面质量，测定材料在受弯曲负荷下的反应，特别是塑性变形的能力。
冷热弯曲试验主要是检验各种尺寸的板材、带材、型材的弯曲变形性能。试验是将金属试样在冷(常温)或热状态下施加平衡压力，使试样弯曲到规定的角度或弯曲直径与试样厚度的规定比值。观测其弯曲处的外表面和侧面有无裂断、裂缝、扯破和起层等缺陷，如无即认为合格，表明金属材料弯曲变形性能良好。
一般情况，弯曲试验试样的规格尺寸要求：以试样厚度a(毫米)计算，试样宽度b=2a±2毫米，但不得小于10毫米。试样长度L≈5a+150毫米。在作用力下按不同金属材料的性能要求弯曲程度分为以下三种类型：
(一)达到某规定角度的弯曲
(二)绕着弯心弯到两面平行的弯曲
(三)弯到两面接触的重合弯曲
选用哪一类型的弯曲，对不同的金属材料在相应的标准中都有具体规定。
反复弯曲试验是在常温下检查金属及覆盖层的耐反复弯曲性能，用于检测线材、厚度不大于5毫米的板材和带材及金属镀覆层产品。
六、冷冲压变形性能
冷冲压变形性能是指厚度等于或小于2毫米的金属板材和带材，在艾利克森试验机上被冲压变形的能力，其方法称杯突试验或称艾利克森试验。
试验是用一规定钢球或球状冲头向夹紧于规定压模内的试样施加压力，直到开始产生裂缝为止，这时压入深度值即为金属的杯突深度。其深度值越大，表明该金属的冲压变形性能越好。我国优质碳素薄钢板，按杯突试验深度值的大小分为3级，最深拉延以Z表示；深拉延以S表示；普通拉延以P表示。
此外，还有顶锻变形性能、金属管工艺性能、淬透性等工艺性能，可查阅国家标准或其他资料进行了解。
不同的金属材料具有不同的性能，根据冶炼生产和实际应用的不同，对各种金属材料的性能要求在标准中都做出了具体规定。仓库接收时，必须依材料出厂的质量证明书与标准规定一一核对，必须符合标准的规定要求。如果不符，则该材料为不合格产品，不予验收入库。对抽样复检仍不符合标准规定的材料，仍属不合格产品。
5.2生铁与铁合金
5.2.1生铁的冶炼
生铁是以铁矿石、燃料(焦炭、煤粉、重油)和熔剂为主要原料由高温冶炼出来的。高炉炼铁的基本原理和过程，是通过还原反应从铁矿石中把铁还原出来，同时经过选渣过程将铁矿石中的杂质分离除去。还原出来的铁再经过渗碳作用熔入部分碳就成为生铁。
生铁是以铁为基础，以碳为主要添加元素，且含碳量大于2.11%的铁碳合金。生铁除了铁和碳以外，其中还含有硅、锰、磷、硫等杂质。工业上实际应用的生铁一般含碳量为2.5%~4.5%。
5.2.2生铁的分类及其表示方法
生铁按成分与用途分为炼钢生铁和铸造用生铁两类。
一、炼钢生铁
炼钢用生铁含硅量低(一般不大于1.25%)，生铁中的碳主要以化合物的形式存在，断口呈银白色，也叫白口铁。其性质硬而脆，塑性韧性极差，不适于压力加工，也难锻轧切削，主要用做平炉和转炉炼钢的原料。
根据国家标准(GB717—98)规定，炼钢生铁按含硅量不同划分为3个牌号。各牌号又按含锰、含磷、含硫量不同分成不同的组、级、类，组、级、类的序号愈大，其相关元素的含量愈多。
二、铸造用生铁
铸造用生铁因含硅量较高(一般为1.25%~3.6%)，促进了碳的石墨化，碳在生铁中主要以石墨状态存在，断口呈暗灰色，因此又称灰口铁。其硬度低于炼钢生铁，适于切削加工，因熔点低，流动性好，故有良好的铸造性。但脆性大，不能压制成型，主要用于铸铁件。
根据国家标准(GB718—82)规定，铸造用生铁按含硅量的不同分为6个牌号，各牌号又按含锰、含磷、含硫量的不同分成不同的组、级、类，组、级、类的序号愈大，其相关元素的含量愈多。
生铁牌号(铁号)是给每种具体的生铁取的名称，表明各种生铁的化学成分，从牌号可大致判断生铁的质量。
生铁牌号表示方法有两种，一种是汉字牌号，如：炼04、炼08、铸34、铸18等；一种是字母牌号，如：L04、L08、Z34、Z18等。字母牌号因书写、标记简便而应用广泛。习惯上所说的牌号是字母牌号。
订购生铁时，必须在合同中注明铁号及其组、级、类别和执行的标准。厂方供货时，必须按同一铁号，同一组、级、类别的生铁交货。不得将不同质量的生铁混交。仓库验收入库，也必须分开生铁的铁号，按同一组、级、类别的生铁分别验收入库，分别堆放。不得混淆铁号，混淆组、级、类别堆放。
5.2.3铁合金牌号表示方法
铁合金的种类很多，每种都有单独的标准，其牌号表示不尽相同，大体分为两种类型。
一、铁合金中只有一个合金主元素
如硅铁、锰铁、钨铁、钛铁、钼铁、钒铁、磷铁、硼铁，其牌号表示方法：首位是铁的元素符号Fe；其次是合金主元素平均含量的百分数字；最后标出铁合金杂质含量的组别A或B。B组杂质含量比A组多，组别有时不标。有时需要标出主要杂质元素最高百分数含量时，将杂质元素符号及其百分数含量标在杂质组别之前。
二、铁合金中有两个合金主元素
如硅铬合金、钒铝合金、锰硅合金、钙硅合金等。
(一)铁合金中有两个合金主元素的牌号表示方法
首位仍以Fe为字头，随之标出两个合金主元素及其平均含量的百分数字，最后标出铁合金杂质含量的组别。
(二)金属锰、金属铬牌号表示方法
首位标J(金属)，其次标主元素(Mn或Cr)符号及其平均含量的百分数字，最后标杂质含量的组别。
(三)氧化钼的牌号表示
首位标Y(氧化)，后面标法不变。
5.2.4常用铁合金
一、硅铁
硅铁是硅和铁组成的合金，一般呈灰白色，结构组织带孔洞，其颜色深浅随孔洞多少，随含硅量不同而异。常用做炼钢的脱氧剂和冶炼各种硅钢及合金铸铁的合金元素加入剂。具有吸水性，雨淋或受潮后易分解粉化，同时放出磷化氢和砷化氢等有毒气体，具有蒜臭气味，所以保管硅铁的库房必须经常通风，保持干燥。
二、锰铁及高炉锰铁
锰铁及高炉锰铁都是铁和锰的合金，具有高硬度、脆性，表面色泽晦暗，新断面为银灰色。锰铁和高炉锰铁主要用于做炼钢的脱氧剂。由于锰能与硫形成不熔于钢水的硫化锰，所以锰铁又可作炼钢的除硫剂，以提高钢的硬度、强度、耐磨性、延展性与韧性。锰铁也是冶炼各种含锰的结构钢、弹簧钢、工具钢及耐磨钢等合金钢的合金元素加入剂。
锰铁受潮发生碎裂现象，质量降低，保管中应经常通风，保持干燥。一经发现表面发黑或生成黑色粉末，就不宜继续贮存。
三、铬铁及金属铬
铬铁是铁和铬的合金。铬铁碎块表面具有带绿的灰色，新断面为光亮的银白色。金属铬为蓝灰色，新断面具有金属光泽的亮灰色。
铬具有很高的硬度，可以锻延和磨光，具有高度的抗酸性和抗腐蚀性。
铬铁主要用于炼钢时作为合金加入剂。金属铬主要用于炼制高温合金、电阻合金、精密合金时作铬元素的加入剂。
铬铁交货，应以成品含铬偏差值不大于该牌号铬铁试样含铬量±5%范围内组成批量交货。铬铁内部及表面均不得有肉眼可见的非金属夹杂物。金属铬应按一炉作为一批交货，以保证含铬量一致。
四、钨铁
钨铁是铁和钨的合金。其熔点达2000℃，钨铁块呈暗褐色，新断面具有灰色的金属光泽。
钨铁主要用于炼钢中的加入剂。钨在钢中的作用主要是增加回火稳定性、红硬性、热强性及耐磨性，提高钢的强度、硬度、韧性，尤其在高温下仍能保持很高的强度和硬度，是高速工具钢、合金工具钢成分中的重要元素。
五、钼铁、钒铁、钛铁、硼铁及金属镍
钼铁、钒铁、钛铁、硼铁都是铁的合金。连同金属镍，都是用于炼钢中作为合金元素加入的添加剂。其目的是通过改变钢的化学成分和组织结构，提高钢的综合性能。
钼在钢中能提高淬透性和热强性，并能增强钢的抗蚀性。因此，在合金结构钢，合金工具钢中得到应用。
钒在钢中能细化晶粒，改善钢的组织，提高钢的强度和韧性。因而，在高速工具钢、低合金高强度钢中得到应用。
在合金结构钢中，钒常与锰、铬、钼、钨等元素联合使用，提高钢的强度。钒在弹簧钢、轴承钢中也得到应用。
铬、镍或铬、镍、钛是在不锈钢中不可缺少，又是一起联合使用的合金元素。联合在一起使钢的综合性能得到提高，尤其是耐热耐腐蚀性得到很大增强。
硼在钢中的作用是提高钢的淬透性，从而节约其他较稀贵的金属，如镍、铬、钼等。其含量在钢中一般在0.0001%~0.0035%范围内。它可以代替1.6%的镍、0.3%的铬或0.2%的钼。但是过高的含硼量会导致热脆性，影响钢的压力加工性能。因此，硼在钢中的含量受到限制。
还有其他类别牌号的铁合金，其性质及在钢中所起的作用，可查阅标准和其他资料进一步去了解。
5.3钢的生产过程
事实上，人们无法制得完全纯度的纯铁。通常把含碳量小于0.03%的铁碳合金称为纯铁，而把含碳量为0.03%~2.11%的铁碳合金称为钢。把含碳量大于2.11%的铁碳合金称为生铁。
