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车轴是列车的重要构件，在列车运行过程中，受到循环载荷作用.一旦车轴发生疲劳破坏，不仅造成重大经济损失，还伤害到车载人员的生命.因此保证车轴设计的安全十分重要.随着高速列车的普及，车轴服役一年的载荷循环周次可达到108以上.这种超高周次的服役对车轴安全设计提出了更大挑战.为提高车轴强度，表面硬化处理工艺被广泛采用.本文以车轴钢S38C为实验材料，分两组分别对其进行中频淬火和盐浴炉加热淬火，使其达到真实车轴表面硬化层的状态.对淬火后的试样采用两种加载方法测试：52.5Hz的旋转弯曲疲劳和频率20KHz的超声疲劳，对断口进行扫描电镜(SEM)观察，并将两种实验方法的结果进行对比.实验获得了包含超高周阶段的S-N曲线，疲劳断裂周次由104量级直到108量级，较低周次的疲劳裂纹起源于表面，超高周疲劳破坏的裂纹起源于内部夹杂且有鱼眼形貌.