超高サイクル疲労
材料の疲労とは、1回の負荷では破壊しないような小さな荷重あるいは応力であっても、繰返し負荷すると破壊を起こす現象である。疲労試験などで一定振幅の繰返し負荷を加え、その負荷(一般的には応力振幅)と破断までの繰り返し数の関係をプロットした線図をS-N曲線という。破断までの負荷繰返し数で疲労の種類を分けると、繰返し数 10 回または 10 回以下の疲労破壊は低サイクル疲労と呼ばれ、繰返し数 10 回以上・10 回以下の疲労破壊は高サイクル疲労と呼ばれる。
炭素鋼のような鋼材が室温・非腐食性雰囲気下にあるとき、繰返し数 10 回から 10 回のあいだ辺りでS-N曲線は折れ曲がって水平となり、それ以上負荷を繰り返しても疲労破壊することはないと通常は見なされる。いくら繰り返しても疲労破壊しないとされる応力の最大値を疲労限度といい、一般的には鋼の疲労限度は 10 回までの疲労試験で決定できるとされる。この疲労限度を用いて機器の疲労寿命評価が行われる。多くの金属材料も、10 回までの寿命域を対象にして疲労特性が調べられてきた。
しかしながら高強度鋼や表面硬化鋼では、10 回を超える寿命域でも疲労破壊が生じ、疲労強度がこの寿命域でさらに低下することがある。