在2.1 节中已经论述，疲劳断裂是在交变载荷作用下发生的，并有自身的特点。疲劳断口的形成一定与交变载荷有密切联系，以图3-1 说明交变载荷与疲劳裂纹形成及扩展关系。
图3-1 疲劳裂纹形成及开展与交变载荷的关系
交变载荷造成不均匀滑移产生裂纹源，虽然所施加的应力小于材料的屈服极限，但是由于裂纹尖端应力集中，每次循环均会产生局部的塑性变形。2.1 节中已论述裂纹扩展过程中会产生辐射线。辐射线的本质是：裂纹在不同平面上扩展产生的微小塑性变形、断口交割或连接而留下的痕迹。所以每次载荷循环就也会留下类似痕迹，形成特殊的形貌。但是疲劳断裂与拉伸过载断裂等过程不同，由于应力低于屈服强度，所以每次循环扩展的距离很小与之对应的疲劳条纹就很小，在宏观下观察是难以看见的。随着裂纹不断扩展，剩余的有效面积不断减少，局部应力不断增加，当应力达到材料的强度极限相当于应力达到强度极限的拉伸试验，所以裂纹快速扩展瞬时断裂。因此最后的瞬时断裂区域与拉伸断口扩展区域类似。所以拉伸过载断口与疲劳断口宏观形貌也有一定的联系。
疲劳断裂断口典型的宏观形貌见图3-2。
图3-2 疲劳弧线照片
疲劳断口形成的过程决定了疲劳断口宏观形貌特征，可以分成三个区域：
（1）疲劳源区域。
（2）疲劳裂纹扩展区。该区域是在裂纹扩展过程中，发生微小塑性变形后形成的形貌。(www.xing528.com)
（3）与拉伸过载断裂类似的瞬时断裂区域。
显然与其他过载断裂最不同的特征就是裂纹扩展区域，它构成疲劳断口宏观与微观形貌的基本特征。
疲劳断口宏观形貌特征：
用肉眼或放大镜观察往往可见疲劳弧线（也称海滩标记、贝壳纹等），见图3-2。这是由宏观断口辨认疲劳失效最重要的特征，即如果观察到断口上有如此形貌，基本可以断定是疲劳断裂，同时判断出裂纹扩展方向与弧线垂直。这些肉眼可见的疲劳弧线是如何形成的？一般以拉-压交变载荷为例提出下面几种解释：
（1）弧线是塑性变形留下的痕迹。这种痕迹的获得与裂纹尖端应力状态变化、方向变化密切相关。裂纹扩展过程中不可避免的是应力循环载荷生会变化，或材料组织不均匀、应力松弛等影响发生应力再分配，使裂纹尖端局部区域出现应力大小或应力状态变化，引起裂纹扩展速度与方向发生变化，导致塑性变形不同，因此断口上留下弧线状痕迹。
（2）在交变载荷作用下，疲劳裂纹在表面形成后向另一侧扩展。由于承受的是随时间变化的拉-压交变载荷，在某些时间段载荷变换可能很慢，且裂纹只能在拉应力作用下扩展，所以裂纹前进一定量后有停顿的阶段。在压应力作用下已经断开的表面也可能被压合而产生摩擦而发亮，这就造成疲劳弧线（或由于加载频率的变化，或由零部件间歇使用、裂纹周期性停歇带来的断裂表面的氧化）。
（3）应力循环过程中，裂纹只能在拉应力作用下扩展，在压应力作用下裂纹不扩展。从压应力变换到拉应力，裂纹扩展需要有停顿的时间。如果停顿时间长会产生表面氧化，如果恢复拉应力，裂纹又发展，然后又停止，就会产生新的表面氧化。这个过程不断进行直到断裂，断口上就会因氧化厚度不同而出现贝壳状条纹。
疲劳弧线的形状与材料缺口、疲劳源数量等有密切联系。没有应力集中的疲劳断口上的弧线一般是从裂纹源向扩展方向凸起，如果有缺口存在会使疲劳裂纹沿外缘表面的扩展速率大于疲劳裂纹向内部的扩展速率，使弧线成凹形，多个疲劳源会使弧线由凸向凹转变。
在均匀加载条件下，疲劳断口上难以观察到清晰的疲劳弧线，例如在试验室进行疲劳试验的样品，在设计试验规范时往往采用均匀加载方式，就难以观察到明显的疲劳弧线。
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