钛合金棒的疲劳和断裂性能对于确定合金的使用寿命非常重要。多年来，国内外都在研究钛合金棒的疲劳和断裂机理及其与各种冶金因素的关系。由于问题本身的复杂性和初始实验数据的分散性，一些基本问题还没有完全明确，意见也没有完全统一，因此这里只提出一些有代表性的结论。
钛合金棒的抗疲劳性和其他材料一样，取决于疲劳裂纹发生的概率和裂纹扩展的速度。对纯钛的研究表明，疲劳裂纹主要发生在滑移区和自行车接口处，但对于这种类型的Ti-6AI-4V合金，在低应力下，a相和b相接口是Z的薄弱环节。只有在高应力下，滑移区成核的可能性才会显著增加，提高试验温度也有类似的效果。为了改善十b钛合金棒的疲劳特性，一般希望获得从a到十b的精细单向组织，b相很好地释放，以减少a/b相的界面面积。此外，细粒滑移比较均匀，无滑移距离短，可减少由位错引起的应力集中；同时，细晶在双料中也有较大的保留作用。相反，由于容易形成疲劳裂纹，粗晶魏氏组织的疲劳强度较低。晶粒大小对光滑和缺口的Ti-6A1-4V合金试样疲劳性能的影响。
在有裂纹和应力集中的情况下，由于疲劳寿命主要取决于裂纹增长率，所以晶粒大小的影响会减少，而纯钛的实验结果表明，裂纹增长率与晶粒大小没有密切关系。
