（1）疲劳源区的微观形貌特征

这里所说的疲劳源区，包括疲劳裂纹稳定扩展的第Ⅰ阶段。根据疲劳裂纹萌生机制和微裂纹扩展机制的不同，疲劳源区的微观形貌也有显著的差异。该区域的微观形貌极其复杂，可能出现的微观形貌特征有：摩擦痕迹、滑移线、类解理形貌（如河流、羽毛、舌头等）、早期疲劳条带、沿晶、混合形貌等断口特征。

（2）疲劳裂纹稳定扩展第Ⅱ阶段的微观形貌特征

疲劳条带是疲劳裂纹稳定扩展第Ⅱ阶段的典型微观形貌特征，是判断疲劳断裂的基本依据。只要在断口上发现了疲劳条带，就可判定此断口为疲劳断口；但是如果断口上没有疲劳条带特征，也不能判定该断口为非疲劳断口，因为在一些材料的疲劳断口上或某些情况下疲劳微观形貌特征不是以疲劳条带的形式出现的。

1）疲劳条带的特征。疲劳条带是一系列基本上相互平行的条纹，条带方向与局部裂纹扩展方向垂直并且条带沿着局部裂纹扩展方向向外凸。

由于材料内部显微组织（晶粒取向、晶界和第二相质点等）的差异，裂纹扩展可能会由一个平面转移至另一个平面，因此不同区域的疲劳条带有时分布在高度不同、方向有别的平面上。

在理想情况下，每一条疲劳条带代表着一次相对应的循环载荷，即疲劳条带的数目应该与载荷循环数相等。但是由于裂纹闭合效应等因素的影响，循环载荷数远大于微观可见的疲劳条带数目。

疲劳条带的间距有规律的变化。一般随应力强度因子范围的增大而增大，随着裂纹扩展长度的增加而增大。

2）疲劳条带的形貌。虽然一般疲劳断口上的疲劳条带都具有以上四个基本特征，但不同断口上的疲劳条带的形貌又有很大的差别。总的来说，疲劳条带可分为塑性疲劳条带和脆性疲劳条带。塑性疲劳条带更为光滑，间距也更为规则；脆性疲劳条带参差不齐、不规则，断口常显示晶体学平面以及类似解理河流花样的扇形脊线。

在实际疲劳断口中，大多数都是塑性疲劳条带，而脆性疲劳条带却很少出现。通常认为脆性疲劳条带的形成是受裂纹前沿环境作用的结果，当裂纹扩展速率足够慢、环境可以与扩展着的裂纹尖端发生交互作用时，一般可出现脆性疲劳条带。

需要注意的是，断口上与疲劳条带相似的条纹状微观形貌是很常见的，如规则的摩擦痕迹、滑移线、周期腐蚀（氧化）痕迹、显微组织（珠光体、α相）形貌等。实际分析中应根据各种因素（如放大倍率、条纹特征、环境因素等）来加以辨别，以免与疲劳条带混淆，导致错误的推论。

3）疲劳条带的影响因素。如前所述，并不是在所有的疲劳断口上都能观察到疲劳条带，更不是在疲劳断口的任何一部分都能观察到疲劳条带，而且不同疲劳断口以及同一疲劳断口的不同部位的疲劳条带的形态也有差别。这是因为有很多因素影响着疲劳条带的形成及其形貌。

①材料性质的影响。通过对疲劳断口上显示疲劳条带的材料的研究统计认为：一般情况下，材料的静抗拉强度越高，越不容易出现疲劳条带；韧性较高的材料容易生成疲劳条带。如高强度钢或超高强度钢的疲劳断口上甚至完全不出现疲劳条带，在高应力幅时更是如此。

晶体结构对疲劳条带的影响表现为：面心立方结构的材料中易出现疲劳条带，如铝及其合金、铜及其合金、奥氏体不锈钢及耐热钢等具有面心立方结构的金属或合金的疲劳断口上一般都会出现疲劳条带。另外，面心立方结构材料的疲劳条带通常比体心立方结构材料的疲劳条带清晰连续。

材料的显微组织如晶界、晶粒取向及夹杂、第二相颗粒等对疲劳条带的具体形貌也有着重要的影响。一般疲劳裂纹扩展至作为强化相的晶界时会受到阻碍，导致疲劳条带的间距、曲率等发生变化，有时甚至中断；但当疲劳裂纹遇到孪晶界时，一般会转入孪晶继续扩展，疲劳条带几乎没有什么变化。晶粒取向的变化会导致疲劳条带的法线方向发生变化，有时还会引起疲劳条带形貌的改变。此外，在极少的情况下，疲劳裂纹会沿晶界扩展，在晶界上出现疲劳条带。

材料中的杂质及第二相颗粒对疲劳条带的影响并不是很大。小颗粒对疲劳条带几乎没有影响；当裂纹遇到大颗粒并绕过其扩展时，颗粒会对裂纹有阻碍作用；然而，当裂纹遇到大颗粒并把其劈开时，往往会加速局部的裂纹扩展速度。

②载荷的影响。裂纹尖端的应力状态和应力幅的大小对疲劳条带的形成和性质都有很大的影响。有人认为疲劳条带存在的必要条件是疲劳裂纹尖端处于张开型的平面应变状态，因此只有当疲劳断口与张应力垂直时才可能生成疲劳条带。

应力强度因子范围的改变能够显著地改变疲劳条带的宽度和间距。一般来讲，载荷的频率越高、应力幅越低，疲劳条带越细，间距越小；裂纹逐渐扩展，剩下承受载荷的构件面积减少，致使应力增加而影响疲劳条带的宽度和间距。

③环境介质的影响。疲劳断裂过程对环境介质是十分敏感的。由于疲劳是一个滑移过程，因此任何影响滑移的环境介质都会影响疲劳裂纹扩展速率和断口上的疲劳条带特征。通常，促进滑移或阻碍滑移反转的因素使疲劳裂纹扩展速率加快、疲劳条带间距增加；阻碍滑移或促进滑移反转的因素使疲劳裂纹扩展速率降低、疲劳条带间距减小，在极端情况下甚至导致疲劳条带的完全消失。

4）二次裂纹。在疲劳断口上还经常看到与疲劳条带一起存在的二次裂纹，二次裂纹平行于疲劳条带，与疲劳裂纹扩展方向垂直。

5）轮胎压痕。在疲劳断口上（尤其是高应力疲劳断口），还经常见到轮胎压痕——因类似于轮胎在泥地上留下的痕迹而得名。

轮胎压痕是在疲劳循环的闭合过程中一个断口表面上的颗粒或凸起撞击匹配断口表面所留下的痕迹。轮胎压痕排列规则；一般情况下，拉-压疲劳断口比拉-拉疲劳断口更容易产生轮胎压痕。轮胎压痕虽然不是疲劳断裂的基本形貌，但却是疲劳断裂的一种表征。如果疲劳断口上没有疲劳条带而出现轮胎压痕，可以初步判定为低循环（高应力）疲劳断裂。

（3）最终断裂区的微观形貌特征 疲劳裂纹高速扩展区的断口一般为混合断口。在从第Ⅱ阶段裂纹扩展区刚刚转入高速扩展区的断口上通常会有少量的疲劳条带，但是断口的微观形貌主要表现为静载瞬时特征，较多的情况为韧窝（包括等轴韧窝和拉长韧窝），有时也可能出现准解理、解理和沿晶等形貌，具体的形貌与材料性质、载荷类型、环境条件等有关。

综上所述，在疲劳裂纹扩展的不同阶段，疲劳断口的微观形貌特征有着显著的差异。在疲劳裂纹扩展的第Ⅰ阶段，断口包含许多结晶学小平面；在疲劳裂纹扩展的第Ⅱ阶段，断口上有典型的疲劳条带，且随着应力强度因子范围的增加，疲劳条带间距增大；当应力强度因子范围足够大时，断口上出现韧窝形貌。