什麼是疲勞限
即使承受反覆負荷，實質上也不再破斷的應力振幅界限。碳鋼常在10⁶〜10⁷次附近出現，鋁合金則不明顯。
日文名稱: 疲労限度
「疲勞限」出現在2領域的2道練習題中（破壞力學與疲勞, 機械性質與破壞等）。
這個名詞所屬的領域: 機械性質與破壞
S-N曲線的水平部分
改變應力振幅施加反覆負荷，將到破斷為止的次數以雙對數作圖，就是S-N曲線。在碳鋼或低合金鋼中，曲線從10⁶〜10⁷次附近開始接近水平，低於該應力振幅時實質上不會破斷。這個水平部分的應力振幅就是疲勞限，常以迴轉彎曲試驗之完全反覆的值表示。鋁合金或銅合金沒有明顯的水平部分，因此改以10⁷次等決定次數下的疲勞強度（時間強度）評估。
由抗拉強度推估的標準
鋼的迴轉彎曲疲勞限，對平滑且研磨過的試片，有約為抗拉強度一半的經驗標準。不過抗拉強度超過約1400 MPa的高強度鋼，由於夾雜物等內部缺陷成為起點，即使提高強度，疲勞限也不太會提高。與硬度的比例關係也被當作標準使用，但這些都是統計上的傾向，也會隨材料批次或組織而改變。實際零件的設計中使用試驗數據或規格值，並修正下述的尺寸與表面的影響。
使疲勞限下降的因素
即使是相同的材料，表面粗糙度、零件尺寸、缺口、拉伸平均應力、腐蝕環境都會使疲勞限下降。對缺口的修正，不是直接使用應力集中係數，而是使用包含材料對缺口之敏感度的疲勞缺口係數。在腐蝕環境中，表面會不斷形成蝕孔，因此不出現疲勞限。此外，在超過10⁸次的超高週期區，有時會以內部夾雜物為起點，在破面留下稱為魚眼的花紋而破斷，所以疲勞限並非絕對的極限。
設計與提高的方法
無限壽命設計中，將試片的疲勞限乘上表面、尺寸、可靠度等係數以估計零件的值，平均應力則以古德曼線圖等修正。疲勞裂縫大多由表面開始，因此在表面導入壓縮殘留應力的處理很有效。珠擊、滲碳、氮化、高週波淬火等就是其例，研磨表面以減少傷痕、減少鋼中的夾雜物，也有助於提高疲勞限。焊接接頭由於焊趾的形狀與殘留應力，疲勞強度遠低於母材，因此以另外的設計基準處理。
練習疲勞限的題目
對完全反覆疲勞限為 σw = 300 MPa、拉伸強度為 σB = 800 MPa 的鋼，施加平均應力 σm = 200 MPa 的反覆應力。使用修正古德曼關係 σa = σw(1 − σm/σB)，相當於疲勞限的應力振幅最接近下列何者？
- A約281 MPa
- B約225 MPa
- C約100 MPa
查看答案與解析
正確答案：B. 約225 MPa
σm/σB = 200/800 = 0.25，因此 σa = 300×(1 − 0.25) = 225 MPa。拉伸平均應力的作用方向是將裂縫張開，因此容許的應力振幅比完全反覆（σm = 0）的值小。修正古德曼線圖是以直線連接縱軸的 σw 與橫軸的 σB，屬於偏安全的估計標準。約281 MPa 是以將平均應力比取平方的拋物線Gerber關係 300×(1 − 0.25²) 求出的值，是比古德曼偏危險的估計。約100 MPa 是以 σw 代替 σB 去除的值。壓縮平均應力對疲勞往往反而有利，但設計上通常不計入這個效果。
常見問題
疲勞限與疲勞強度有什麼不同？
疲勞強度是在決定的反覆次數（例如10⁷次）下破斷的應力振幅，也稱為時間強度。疲勞限是低於它便實質上不會破斷的極限應力振幅，用於像鋼這樣S-N曲線出現水平部分的材料。
疲勞限要怎麼求得？
以迴轉彎曲或軸向負荷的疲勞試驗，量測改變應力振幅的多個試片的破斷次數，由S-N曲線的水平部分求得。也會以逐級升降應力的階梯法等統計方法，估計平均值與離散。
沒有疲勞限的材料要如何設計？
像鋁合金這樣沒有水平部分的材料，使用產品壽命期間所承受反覆次數下的時間強度。應力振幅會變化時，以Miner法則累加損傷以估計壽命。
解析中的「疲勞限」
在碳鋼與低合金鋼中，S-N曲線在10⁶〜10⁷次附近趨近水平，在比它更低的應力振幅下不易破斷，常出現這樣的疲勞限。
關於疲勞S-N曲線的敘述，下列何者正確？