Mệt mỏi kim loại là quá trình vật liệu và thành phần dần dần tạo ra hư hỏng tích lũy cục bộ vĩnh viễn tại một hoặc nhiều nơi dưới ứng suất tuần hoàn hoặc biến dạng tuần hoàn, và các vết nứt hoặc gãy hoàn toàn đột ngột xảy ra sau một số chu kỳ nhất định. Khi vật liệu và kết cấu chịu tải trọng thay đổi liên tục, mặc dù giá trị ứng suất không bao giờ vượt quá giới hạn độ bền của vật liệu, nhưng nó có thể bị hư hỏng ngay cả khi thấp hơn giới hạn đàn hồi. Hiện tượng hư hỏng vật liệu và kết cấu dưới tải trọng xen kẽ liên tục này được gọi là hỏng mỏi kim loại.
Nhìn chung, kim loại sẽ tạo ra một số vết nứt nhỏ trên bề mặt kim loại dưới tải trọng qua lại liên tục. Sau khi các vết nứt trên bề mặt kim loại tích tụ và mở rộng đến một mức độ nhất định, sẽ xảy ra gãy giòn nhanh và mạnh. Khi xảy ra gãy giòn, kim loại thường không chịu tải vượt quá độ bền kéo/nén của kim loại. Lý do là độ bền kéo/nén của kim loại là giá trị thu được trong điều kiện tĩnh và lý do là dưới tải trọng xen kẽ, kim loại có nhiều khả năng đạt đến giới hạn độ bền và sau đó gây ra hỏng do mỏi.
Có hai lý do chính gây ra sự hỏng hóc do mỏi của kim loại. Một mặt, sau một loạt các quá trình như nấu chảy và đúc, cấu trúc kim loại bên trong thành phẩm không đồng đều, điều này sẽ gây ra các khuyết tật và ứng suất bên trong bên trong kim loại. Xử lý nhiệt tốt có thể tinh chỉnh cấu trúc kim loại và loại bỏ hầu hết ứng suất. Việc bổ sung nhiều nguyên tố đất hiếm khác nhau vào kim loại có thể cải thiện độ bền mỏi của kim loại, do đó tăng tuổi thọ làm việc của kim loại. Mặt khác, có những yếu tố bên ngoài, có thể tóm tắt thành ba khía cạnh. Một là phân biệt theo loại tải, chẳng hạn như mỏi va đập hình thành do tải trọng va đập trên bề mặt, tải trọng tiếp xúc, các hố và hố hình thành trên bề mặt để giảm mỏi, mỏi do chuyển động vi mô, chẳng hạn như khi bề mặt của hai bộ phận tiếp xúc, bề mặt tiếp xúc trải qua chuyển động tương đối qua lại nhỏ. Chuyển động, sau đó bề mặt của các bộ phận sẽ tạo ra sự mài mòn, oxy hóa, bong tróc do mỏi và các dạng mỏi do chuyển động vi mô khác, v.v., có thể chia thành nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, chu kỳ nhiệt độ cao và thấp, mỏi do ăn mòn, v.v. theo nhiệt độ môi trường xung quanh. Trong điều kiện nhiệt độ cao (trên nhiệt độ nóng chảy của kim loại hoặc trên nhiệt độ kết tinh lại), độ dẻo của kim loại tăng lên và độ cứng giảm xuống, khiến kim loại dễ bị biến dạng. Trong điều kiện nhiệt độ thấp, độ dẻo của kim loại giảm, độ giòn tăng lên và kim loại dễ bị gãy giòn và các vấn đề khác. Do đặc tính giãn nở và co lại vì nhiệt, kim loại sẽ tạo ra ứng suất bên trong trong điều kiện chu kỳ nhiệt độ cao và thấp, điều này sẽ gây ra hư hỏng do mỏi cho kim loại. Mỏi do ăn mòn là sự hình thành oxit trên bề mặt kim loại dưới tác động của hơi nước trong không khí, điều này sẽ phá hủy độ bền bề mặt của kim loại và khiến khu vực ăn mòn dễ bị hư hỏng hơn. Theo trạng thái ứng suất, có thể chia thành mỏi ứng suất đơn và mỏi ứng suất đa hướng. Dưới tác động của chu kỳ ứng suất đơn, các bộ phận sẽ có tuổi thọ thấp hơn một chút so với giới hạn cường độ tải tĩnh, trong khi dưới tác động của ứng suất đa hướng, các bộ phận có nhiều khả năng bị mỏi do biến dạng.
Sau khi hiểu được các điều kiện hình thành mỏi kim loại, chúng ta sẽ khám phá cách phát hiện mỏi kim loại ẩn. Kể từ khi phát hiện mỏi kim loại vào đầu thế kỷ 19, con người đã khám phá ra nguyên nhân gây mỏi. Trong quá trình khám phá, con người đã thành thạo nhiều phương pháp phát hiện khuyết tật. Có năm phương pháp phát hiện khuyết tật phổ biến: phát hiện tia X, phát hiện siêu âm, phát hiện dòng điện xoáy, phát hiện hạt từ và phát hiện thâm nhập. Lấy phát hiện tia X làm ví dụ, kim loại bị tia X thâm nhập. Các bộ phận bị lỗi bên trong kim loại có thể xuyên qua nhiều tia hơn, trong khi các bộ phận có mật độ đồng đều sẽ phản xạ lại nhiều tia hơn. Do đó, khi chụp ảnh, các khuyết tật tối hơn và các bộ phận có mật độ đồng đều sáng hơn. Theo cách này, chúng ta có thể xác định trực quan và nhanh hơn sự phân bố của các khuyết tật bên trong kim loại, để chúng ta có thể tránh xảy ra hư hỏng do mỏi ở một mức độ nhất định bằng cách tránh các khuyết tật làm vùng làm việc và tăng cường độ bền của các khuyết tật.