超高周疲劳是指材料经受107cyc(cycles)以上甚至达到1011 cyc的载荷循环而发生疲劳损伤断裂的过程。传统的疲劳理论认为铁系合金存在疲劳极限，该极限在107 cyc左右出现。但近年来在对高强钢的实验中发现了在108 cyc以上材料仍会发生疲劳断裂，其相应的载荷水平在传统疲劳极限以下，并且展示出独特的断口特征。超高周疲劳断裂的现象主要在高强钢中发生，在强度较低的钢中很少出现。为了提高实验效率，很多研究者采用超声频率(20 kHz)来研究超高周疲劳，同时也带来了频率效应的问题。本文以四种在不同温度下回火的高碳轴承钢GCr15为研究对象，利用旋转弯曲疲劳试验机(52.5 Hz)和超高频疲劳试验机(20 kHz)，系统地研究了材料强度水平和不同加载频率对材料超高周疲劳性能的影响。　　 实验结果表明，材料的疲劳强度随着拉伸强度的增加而增加，且在超高周疲劳阶段疲劳裂纹由表明萌生转为内部萌生。强度较高的三组试样的S-N曲线呈直线下降形，107 cyc与109 cyc所对应的疲劳强度值差异较大，而600℃回火试样(T.T.600℃，1044 MPa)的S-N曲线呈水平渐近形，存在明显的疲劳极限。强度较高的150℃回火(T.T.150℃，2372 MPa)和300℃回火(T.T.300℃，2150MPa)试样在超高周疲劳阶段裂纹从内部起源，但是强度较低的450℃回火(T.T。450℃，1677 MPa)和600℃回火试样仅出现表面起源断裂的模式。高强材料中内部起源断裂模式是导致超高周疲劳断裂的主要原因。　　 加载频率确实会影响材料的疲劳强度，但影响程度随微观组织的不同而差异较大。实验结果表明加载频率对强度最高的试样T.T.150℃(2372 MPa)的影响很小，但对于其它三组试样，超声频率下材料的疲劳强度要远高于常规频率下的疲劳强度。加载频率不影响材料的失效模式，对裂纹萌生的地点也无影响。　　 本文从位错运动距离出发来解释强度水平的影响和频率效应。在相同应力作用下位错运动距离在高频时比较小，相应的累积损伤也较小，从而导致较高的疲劳强度。但是当材料中有足够多的微观粒子阻碍位错运动时，加载频率的影响可被大大抵消。　　 实验结果表明FGA(Fine Granular Area)边沿的应力强度因子幅值△KFGA随寿命变化很小，保持在5.2 MPa·m1/2左右，与材料的回火温度及疲劳实验的加载频率无关，且该值与裂纹扩展门槛值△Kth=5 MPa·m1/2接近。FGA内裂纹萌生的过程对应着△Kth以下的裂纹扩展。基于裂尖塑性区尺寸理论，本文提出了一个模型来预测△KFGA，该值仅是伯格斯矢量和剪切模量的函数。并且基于该模型，本文提出了一个双参数模型来预测FGA的形成寿命和材料的疲劳强度，结果与实验值符合较好。