根据裂纹扩展方向，裂纹扩展可分为两个阶段。
第一阶段：从表面个别侵入沟（或挤出脊）先形成微裂纹，然后裂纹主要沿着与拉应力成 45°的主滑移系方向，以纯剪切方式向内扩展，如图 3-17所示。这是疲劳裂纹扩展的第一阶段。这时的裂纹在表面原有多处，但大多数显微裂纹较早地就停止扩展，呈非扩展裂纹，只有少数几个可延伸到几十个微米的长度。
这个阶段的裂纹扩展速率很慢，每一次应力循环大约只有0.l μm 数量级，扩展深度为2～5 个晶粒。许多铁合金、铝合金中可观察到此阶段裂纹扩展，但缺口试样中可能观察不到。
对于体心立方晶系和密排六方晶系的材料，这一阶段的断口区极小，又因断面之间相互摩擦等原因，使得这个区域的显微特征难以分辨。
对于面心立方晶系材料，如镍基高温合金，在高温下的疲劳断裂，这一阶段发展得较为充分。
图3-17 疲劳裂纹扩展的两个阶段示意图
第二阶段：第一阶段裂纹扩展时，由于晶界的不断阻碍作用，裂纹扩展逐渐转向与最大拉应力相垂直的方向生长，进入第二阶段扩展。
在该阶段内，裂纹扩展的途径是穿晶的，其扩展速率较快，每一次应力循环大约扩展微米数量级，在电子显微镜下观察到的疲劳条纹主要是在这一阶段内形成的。第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带（疲劳条纹、疲劳辉纹），如图3-18 所示。一般来讲，材料强度越低，裂纹扩展越快，疲劳条带越宽。
图3-18 疲劳条带
疲劳条带的主要特征如下。
（1）疲劳条带是一系列基本上相互平行、略带弯曲的波浪形条纹，并与裂纹局部扩展方向相垂直。
（2）每一条条带都是裂纹扩展时留下的微观痕迹，每条条带也可以视为应力循环的扩展痕迹，每条条带表示该循环下裂纹前端的位置，疲劳条带在数量上与循环次数相等。(www.xing528.com)
（3）疲劳条带的间距（或宽度）随应力强度因子幅的变化而变化。
（4）疲劳断面通常由许多大小不等、高低不同的小断块所组成，各个小断块上的疲劳条带并不连续，且不平行，如图3-19 所示。
（5）断口两匹配断面上的疲劳条带基本对应。
图3-19 疲劳条带与小断块示意图
在实际的疲劳断口上，疲劳条带的数量不一定与循环次数完全相等，因为它受应力状态、环境条件、材质等因素的影响很大。
通常将疲劳条带分成延性疲劳条带与脆性疲劳条带。如图3-20 所示为两种典型疲劳条带。脆性疲劳的断裂路径呈放射状扇形，疲劳条带被放射台阶割成短而且平坦的小段。
图3-20 延性疲劳条带与脆性疲劳条带
目前广泛流行的裂纹扩展模型是塑性钝化模型，如图3-21 所示。
图3-21 疲劳裂纹扩展的塑性钝化模型
图3-21（a）中，在交变应力为零时裂纹闭合，这是在开始一循环周次时的原始状态。当拉应力增加，图3-21（b）中，裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。随着拉应力继续增大到最大值时，图3-21（c）中，裂纹张开至最大，塑性变形的范围也随之扩大，图中两个同号箭头之间的距离，即表示裂纹尖端的塑性变形范围。由于塑性变形的结果，裂纹尖端的应力集中减小，裂纹尖端钝化。理想状态是假定裂纹尖端张开呈半圆形，这时裂纹便停止扩展。当应力变为压缩应力时，滑移方向也改变了，裂纹表面逐被压缩，如图3-21（d）所示。当压缩应力为最大值时，图3-21（e）中，裂纹便完全闭合，又恢复到原始状态。图3-21（f）中为另一个循环的开始。循环一周中裂纹扩展的距离，便是裂纹扩展的速率。从图中可以看出，裂纹扩展主要是在拉应力的半周内，在压应力下裂纹是很少扩展的。
裂纹从第一阶段向第二阶段转变的快慢，决定于材料和应力幅两个因素。在一般材料中，第一阶段都是很短的，而在一些高强度镍基合金中，第一阶段可长达毫米的数量级，有时甚至只有第一阶段。应力幅较低时，第一阶段便较长。虽然裂纹扩展第一阶段的长度甚短，但扩展速率却非常缓慢，所以在光滑试样中，第一阶段所消耗的循环周次可以占整个疲劳寿命的大部分。相反，在尖锐缺口的试样中，第一阶段则小到几乎可以忽略，整个的疲劳裂纹传播就是第二阶段。裂纹的第一阶段扩展是由切应力分量控制的，而第二阶段则由拉应力控制。
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