疲劳断裂的四个阶段：裂纹成核、微裂纹、宏观裂纹、断裂

对于一个含有初始裂纹a0 的构件，在承受静载荷时，只要工作应力σ 小于临界应力σc，则构件在静应力水平下工作就是安全可靠的，只有当σ=σc 或K1=K1c时，才会发生脆性破坏。

但如果构件承受的是一个σ<σc 的交变应力，那么这个初始裂纹a0 会在交变应力作用下发生缓慢扩展，当扩展到a=ac 时，构件发生失稳破坏。从初始值a0 到临界值ac 这一段扩展过程，称为疲劳裂纹的亚临界扩展，也称为宏观裂纹a0 的剩余寿命阶段，如图1所示。

图1

材料总的疲劳寿命N 由两部分组成，即形成寿命Ni(initiation) 及裂纹扩展直至断裂的寿命Np(propagation)：

疲劳断裂过程受许多因素的影响，比较复杂，但按裂纹发展过程大致可分为四个阶段：

图2

以上是无初始裂纹的光滑表面构件的典型疲劳断裂过程。对于高强度材料，因为屈服强度高，缺口敏感性大，以及内部夹杂和硬颗粒多，往往直接在宏观的应力集中处裂纹形成核，并且沿夹杂与基本界面首先裂开，由此开始宏观裂纹稳定扩展阶段，而没有倾斜的微观裂纹扩展阶段。用断裂力学的观点来分析疲劳，最重要的是宏观裂纹扩展阶段。