在试验过程中，每圈拉伸和压缩峰值位移时会暂停试验，以验证试件的开裂状态。所有试件的失效特征是开裂，典型试件的开裂过程如图10-3所示。所有试件的失效都是从表面的裂纹萌生开始的，当裂纹达到人眼可视的尺寸时定义为裂纹萌生时刻，然后裂纹沿厚度斜向扩展，在宽度方向也同时扩展。当主裂纹发展到相当大的尺寸时，试件发生全截面断裂，所有试件承载力的最终丧失都由试件的全截面断裂引起。图10-4给出了使用常规摄像机观察到的宏观断面，超低周疲劳断面的特征和普通高、低周疲劳断面有所不同；金属材料的高、低周疲劳断面通常具有大量的疲劳辉纹，与传统断面不同，超低周疲劳断面可观察到多个宽度较大的条纹，裂纹萌生位置也可以从宏观断面推断出来，所有裂纹都是从试件表面开始的。宏观断面一般可分为两个不同的区域，即超低周疲劳断面和延性断面。前者以同心圆弧为特征，后者以韧窝为特征。当裂纹增大到一定尺寸时，由于试件的最终断裂而形成延性断裂面。在低碳钢的超低周疲劳试验结果中观察到类似的失效模式（Liu，et al.，2017），在钢试件超低周疲劳断面也发现了多个宽度较大的条纹，使用扫描电子显微镜放大后可在条纹上观察到典型的延性断裂特征——韧窝。这表明超低周疲劳破坏的主要机制是延性断裂，有可能采用单调拉伸材性试验结果来评估延性金属的超低周疲劳寿命。
为了从细观层面验证断裂模式，利用扫描电镜对铝合金试件超低周疲劳断面进行断面形貌观察。图10-5给出了试件DEN-4.50-2断面3个典型位置的观测结果，如图10-5（a）所示。这3个典型位置分别位于两个超低周疲劳辉纹之间、疲劳辉纹上和延性断面上。对于位于疲劳辉纹之间的点A，如图10-5（c）所示，断面平坦光滑，为准解理断裂。图10-5（b）中也有许多微小的韧窝，韧窝在循环加载下变扁平，该处同时能观察到细小的扁平韧窝和脆性准解理断裂，断裂模式为准脆性断裂。图10-5（c）所示B点的断面由两个不同的区域组成，其中左侧的区域与图10-5（b）相似，右侧的区域为韧窝。结果表明，在试件裂纹扩展过程中，由于应变幅值较大，形成了延性韧窝。如图10-5（d）所示，C点可观察到延性韧窝，其中典型的韧窝尺寸在10～100μm之间，远小于低碳钢的典型韧窝尺寸。
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图10-3 双缺口试件的破坏过程
图10-4 双缺口试件的宏观断面
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