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许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。金属材料疲劳断裂的特点是:载荷应力是交变的；载荷的作用时间较长；断裂是瞬时发生的；无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。所以，疲劳断裂是工程上常见、危险的断裂形式。金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种:
按碳含量可以把碳素结构分为三类:低碳钢:主要用于冷加工和焊接结构，在制造受磨损零件时可以进行表面渗碳；中碳钢:主要用于强度要求较高的构件，根据要求的强度不同进行淬火和回火处理；高碳钢:主要用来弹簧和受磨损构件。碳素结构钢广泛用于建造厂房、桥梁、锅炉、船舶等。碳素工具钢是基本上不含合金元素的高碳钢，含碳量在0.65%~ 1.35%范围内，碳素工具钢的生产成本低，原料来源易取得，加工性良好，热处理后，可以得到高硬度和高耐磨性，所以是被广泛采用的钢种，用来制造各种刃具、模具、量具。
生铁是指含碳量大于2%的铁碳合金。工业生铁一般含碳量不超过4.5%。按其成分、性能及用途的不同，生铁分为三类。炼钢生铁—— 一般硅含量较低（不大于1.75%），含硫量则较高（不大于0.07%），它是平炉、转炉炼钢的主要原料，在生铁产量中占80%~90%。炼钢生铁硬而脆，断口为白，所以称为白口铁。铸造生铁—— 一般含硅量较高，（达3.75%），含硫稍低（不大于0.06%），由于熔点低、流动性好，用来铸造各种生铁铸件，也叫铸铁。它在生铁产量中约占10%。铸造生铁中的碳以石墨形式存在，断口为灰，所以也叫灰口铁。
钢和有色金属复合的材料用于电工技术及高压热交换器以及其他工业技术方面。如钢－铜双金属用于电工技术及高压热交换器。钢－黄铜复合金属用于很多工业部门；复铝铁和复镍铁用于电子工业等。