钛合金棒的疲劳及断裂性能在决定合金的服役寿命方面占据着十分重要的位置。多年来国内外曾进行了的研究，探讨钛合金棒的疲劳和断裂机制，以及它们与各种冶金因素之间的关系。由于问题本身的复杂性初试验数据的分散，一些实质性问题仍然不十分清楚，观点也未完全统一，这里只介绍某些代表性结论。
钛合金棒的疲劳寿命和其他材料一样，取决于疲劳裂纹生核几率和裂纹的扩展速率。根据对纯钛的研究，疲劳裂纹大多在滑移带内和孪晶界面处生核，但对于Ti—6AI—4V这类型合金，在低应力条件下，a相和b相界面则是Z薄弱的环节，只是在高应力水平，滑移带内生核几率才明显增加，提高试验温度也有类似作用，为了提高疲劳性能，对a十b型钛合金棒，通常希望获得细小的等轴a十b组织，而且b相好呈游离状态，以减少a／b相界面面积。另外，细晶粒滑移比较均匀，滑移自由路程短，可减轻因位错塞积而造成的应力集中；同时细晶对孪晶也有较大的约束作用。反之，粗晶魏氏组织由于疲劳裂纹形核容易，故疲劳强度较低。晶粒尺寸对Ti—6A1—4V合金光滑试样和缺口试件疲劳性能的影响。
在存在缺口、应力集中的情况下，晶粒度影响减小，因为此时疲劳寿命主要取决于裂纹扩展速率，而纯钛的实验结果表明裂纹扩展速率与晶粒尺寸无密切关系。