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本文针对目前国内外合金钢超声焊接工具头使用寿命低的问题，采用超声疲劳试验技术研究了40CrNiMoA钢在20KHZ时的疲劳寿命。发现并不是某一热处理工艺对疲劳寿命的提高在各种应力水平下都有效。S-N曲线显示，在高应力水平时，表面渗碳处理得到的疲劳寿命最高，而在中等应力水平时，具有高弹性的回火屈氏体组织的试样疲劳寿命最高，而在低应力水平时，具有良好的强韧配合的回火索氏体组织的试样疲劳寿命最高。此外，研究还发现不同的微观组织所得的S-N曲线表现出另两种有别于传统规范的lO7极限型，即持续下降型和阶梯下降型。