机械构件因疲劳破坏而屡屡发生事故，因而研究机器零件用钢的强韧化、疲劳强度，对提高机械产品的使用可靠性和使用寿命有着十分重要的意义。本文利用旋转弯曲疲劳实验、超声波疲劳实验和疲劳裂纹扩展速率实验对采用细晶强化技术得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度螺栓钢和采用形变热处理工艺制备的弹簧用NHS15实验钢的超高周、高周疲劳破坏行为进行比较全面的研究，应用断裂力学理论并结合裂纹扩展实验对其疲劳破坏机制进行理论探讨。　　 对3种不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢研究结果表明，超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高，中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比。SEM断口观察表明，绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物。随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅△Kinc的减小，疲劳寿命Nf增加；而在夹杂物周围存在的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅△KGBF并不随Nf变化而变化，基本为一常数，且粗晶粒样的△KGBF高于细晶粒样。这表明，细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响，存在一个合理的细化晶粒范围。　　 对形变热处理的NHS15实验钢与常规热处理的NHS15钢对比研究结果表明，形变热处理工艺显著细化了实验钢的原奥氏体晶粒，并且晶粒被拉长，提高了晶界强度。形变热处理实验钢得到了细致均匀的马氏体。实验钢的断后伸长率和断面收缩率相差很小。形变热处理对NHS15高强度钢抗拉强度影响并不大，却显著提高了材料的屈服强度。在107循环周次内，实验料的疲劳极限均不明显。形变热处理实验钢NHS15-40具有最高的疲劳强度比和最长的疲劳寿命。常规热处理的实验钢试样的疲劳断裂多起源于基体；而组织细致均匀的形变热处理钢(NHS15-40)大部分试样的疲劳断裂起源于内部夹杂物。随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅△Kinc的减小，疲劳寿命Nf增加。这表明，形变热处理工艺能细化晶粒，强化基体组织，并有效提高材料的疲劳性能。