1.高周疲劳断裂

多数情况下，零件光滑表面上发生高周疲劳断裂断口上只有一个或有限个疲劳源，只有在零件的应力集中处或在较高水平的循环应力下发生的断裂，才出现多疲劳源。对于那些承受低的循环载荷的零件，断口上的大部分面积为疲劳扩展区。

高周疲劳断口的微观基本特征是细小的疲劳辉纹。此外，有时还可看到疲劳沟线和轮胎花样。依此即可判断断裂的性质是高周疲劳断裂，前述的疲劳断口宏观、微观形态，大多数是高周疲劳断口。但要注意载荷性质、材料结构和环境条件的影响。

2.低周疲劳断裂

发生低周疲劳失效的零件，所承受的应力水平接近或超过材料的屈服强度，即循环应变进入塑性应变范围，加载频率一般比较低，通常以分、小时、日甚至更长的时间计算。

宏观断口上存在多疲劳源是低周疲劳断裂的特征之一。整个断口很粗糙且高低不平，与静拉伸断口有某些相似之处。

低周疲劳断口的微观基本特征是粗大的疲劳辉纹或粗大的疲劳辉纹与微孔花样。同样，低周疲劳断口的微观特征随材料性质、组织结构及环境条件的不同而有很大的差别。

对于超高强度钢，在加载频率较低和振幅较大的条件下，低周疲劳断口上可能不出现疲劳辉纹，而代之以沿晶断裂和微孔花样为特征。

断口扩展区有时呈现轮胎花样的微观特征，这是裂纹在扩展过程中匹配面上硬质点在循环载荷作用下向前跳跃式运动留下的压痕。轮胎花样的出现往往局限于某一局部区域，它在整个断口扩展区上的分布远不如疲劳辉纹那样普遍，但它却是高应力低周疲劳断口上所独有的特征形貌。

热稳定不锈钢的低周疲劳断口上除具有典型的疲劳辉纹外，常出现大量的粗大滑移带及密布着细小二次裂纹。

高温条件下的低周疲劳断裂，由于塑性变形容易，一般其疲劳辉纹更深、辉纹轮廓更为清晰，并且在辉纹间隔处往往出现二次裂纹。

3.振动疲劳（微振疲劳）断裂

许多机械设备及其零部件在工作时往往出现在其平衡位置附近做来回往复的运动现象，即机械振动。机械振动在许多情况下都是有害的。它除了产生噪声和有损于建筑物的动载荷外，还会显著降低设备的性能及工作寿命。由往复的机械运动引起的断裂称为振动疲劳断裂。

当外部激振力的频率接近系统的固有频率时，系统将出现激烈的共振现象。共振疲劳断裂是机械设备振动疲劳断裂的主要形式，除此之外，还有颤振疲劳及喘振疲劳。

振动疲劳断裂的断口形貌与高频率低应力疲劳断裂相似，具有高周疲劳断裂的所有基本特征。振动疲劳断裂的疲劳核心一般源于最大应力处，但引起断裂的原因主要是结构设计不合理，因而应通过改变零件的形状、尺寸等调整设备的自振频率等措施予以避免。

只有在微振磨损条件下服役的零件，才有可能发生微振疲劳失效。通常易于发生微振疲劳失效的零件有：铆接螺栓、耳片等紧固件，热压、过渡配合件，花键、键槽、夹紧件、万向节头、轴-轴套配合件，齿轮-轴配合件，回摆轴承，板簧及钢丝绳等。(www.daowen.com)

由微振磨损引起大量表面微裂纹之后，在循环载荷作用下，以此裂纹群为起点开始萌生疲劳裂纹。因此，微振疲劳最为明显的特征是，在疲劳裂纹的起始部位通常可以看到磨损的痕迹、压伤、微裂纹、掉块及带色的粉末（钢铁材料为褐色，铝、镁材料为黑色）。

金属微振疲劳断口的基本特征是细密的疲劳辉纹，金属共振疲劳断口的特征与低周疲劳断口相似。

微振疲劳过程中产生的微细磨粒常常被带入到断口上，严重时使断口轻微染色。这种磨粒都是金属的氧化物，用X射线衍射分析磨粒的物相结构，可以为微振疲劳断裂失效分析提供依据。

4.接触疲劳

材料表面在较高的接触压应力作用下，经过多次应力循环，其接触面的局部区域产生小片或小块金属剥落，形成麻点或凹坑，最后导致零件失效的现象，称为接触疲劳，也称为接触疲劳磨损或磨损疲劳。接触疲劳主要产生于滚动接触的机器零件（如滚动轴承、齿轮、凸轮、车轮等）的表面。

对接触疲劳产生的原因迄今还没有一致的看法，一般认为可分为在材料表面或表层形成疲劳裂纹和裂纹扩展两个阶段。当两个接触体相对滚动或滑动时，在接触区将造成很大的应力和塑性变形（接触应力部分见2.5.7节）。由于交变接触应力长期反复的作用，便在材料表面或表层薄弱环节处引发疲劳裂纹，并逐步扩展，最后材料以薄片形式断裂剥落下来。如果接触疲劳源在材料表面产生，裂纹进一步扩展会出现麻点及导致表面金属剥落；如果接触疲劳裂纹源在材料的次表面产生，则引起表面层压碎，导致工作面剥落。

接触面上的麻点、凹坑和局部剥落是接触疲劳典型宏观形态。例如：齿轮的齿面硬度偏低和冶金缺陷导致接触疲劳，疲劳断裂的齿轮表面的麻点和凹坑形态如图5-19所示。

图5-19 疲劳断裂的齿轮表面的麻点和凹坑形态

对于相对滑动的接触面上，可观察到明显的摩擦损伤，疲劳裂纹即从摩擦损伤底部开始。在裂纹源处有明显的疲劳台阶，微观组织会出现因摩擦而形成的扭曲形态。图5-20所示为某汽轮机15Cr12WMo钢叶片存在切向共振而造成的接触疲劳断裂。

接触疲劳断口上的疲劳辉纹因摩擦而呈现断续状和不清晰特征。

影响接触疲劳的主要因素有：应力条件（载荷、相对运动速度、摩擦力、接触表面状态、润滑及其他环境条件等），材料的成分，组织结构，冶金质量，力学性能及其匹配关系等。

如果表面及表层中存在导致应力集中的夹杂物或冶金缺陷，将大幅度降低材料的接触疲劳性能。

采用表面强化工艺均可以提高其接触疲劳强度。改善材料的显微组织对其接触疲劳性能影响很大，大量的研究结果证明，对于易形成接触疲劳（磨损疲劳）的钢轨钢，具有细小层片间距的珠光体比贝氏体和马氏体具有更高的接触疲劳强度。