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The influence of load ratio on the high cycle fatigue (HCF) and very high cycle fatigue (VHCF) properties of shot-peened VDSiCr spring steel is investigated. S-N curves are measured with ultrasonic fatigue testing equipment at load ratio R = -1, R = 0.1 and R = 0.5 up to 10 10 cycles. Failures either occur below 5 9 10 6 or above 5 9 10 8 cycles. In the HCF regime cracks start exclusively at the surface. In the VHCF regime crack initiation occurs solely in the interior, at grain boundaries, inclusions or (rarely) in the matrix. The S-N curves continue to decrease beyond 10 9 cycles, most pronounced for R = -1 where the mean cyclic strength at 10 10 cycles is 5 % lower than at 10 9 cycles. VHCF strength presented in a Haigh diagram can be very well approximated with a straight line. The mean stress sensitivity factor is M = 0.47 for load ratios between R = -1 and R = 0.5.

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Very high cycle fatigue (VHCF) properties of VDSiCr spring steel are investigated with ultrasonic equipment under fully reversed cyclic torsion loading and under cyclic axial loading at load ratios R = -1, R = 0.1 and R = 0.5. Shot-peened specimens with surface finish similar to valve springs in combustion engines are tested until limiting lifetimes of 10 10 cycles. Under cyclic torsion loading, specimens either fail below 10 6 cycles with crack initiation at the surface or they do not fail. Under cyclic axial loading, failures above 10 9 cycles were found for all load ratios with crack initiation at the surface or at internal inclusions. Ratio of mean endurance limit (50% failure probability at 10 10 cycles) under fully reversed cyclic torsion and cyclic tensioncompression loading is 0.86. Cyclic torsion loading slightly below the endurance limit leads to cyclic softening first followed by cyclic hardening whereas cyclic stability is found for tensioncompression loading. Cyclic torsion reduces surface compression stresses whereas they are hardly affected by cyclic tension-compression loading. Mean endurance limit at 10 10 cycles for R = 0.1 is 61% of the endurance stress amplitude at load ratio R = -1, and for R = 0.5 it is 44% of the tension-compression endurance limit. Endurance limits for cyclic torsion and cyclic tension-compression loading are comparable, if effective stress amplitude is used that considers cyclic normal stresses and residual compression stresses at the surface.Keywords: Very high cycle fatigue / VDSiCr spring steel / ultrasonic fatigue testing / cyclic torsion / Die Ermüdungseigenschaften von VDSiCr Federstahl unter zyklischer Torsionslast und zyklischer axialer Last bei Lastverhältnis R = -1, R = 0,1 und R = 0,5 wurden mit dem Ultraschall-Resonanzverfahren im Bereich sehr hoher Lastspielzahlen (Very high cycle fatigue, VHCF) untersucht. Kugelgestrahlte Proben mit einer Oberflächenbeschaffenheit ähnlich jener von Ventilfedern in Verbrennungskraftmotoren wurden bis zu einer Grenzlastspielzahl von 10 10 geprüft. Bei zyklischer Torsionsbelastung brechen Proben entweder unterhalb von 10 6 Lastspielen mit Rissausgang an der Oberfläche oder sie laufen durch. Unter zyklischer axialer Belastung brechen Proben auch oberhalb von 10 9 Lastspielen bei allen Lastverhältnissen, wobei Risse sowohl an der Oberfläche als auch bei innen liegenden Einschlüssen einleiten. Der Quotient der mittleren Dauerfestigkeit (50% Bruchwahrscheinlichkeit bei 10 10 Lastspielen) für zyklische Torsionsbelastung und zyklische Zug-Druckbelastung ist 0,86. Zyklische Torsionsbelastung etwas unterhalb der Dauerfestigkeit führt anfänglich zu zyklischer Entfestigung gefolgt von zyklischer Verfestigung, während bei Zug-Druckbeanspruchung weder Entfestigung noch Verfestigung festgestellt werden. Zyklische Torsionsbelastung reduziert die Oberflächen-Druckspannungen, während eine Zug-Druckbelastung diese kaum beeinflusst. Die mittlere Dauerfestigkeit bei Lastverhältnis R = 0,1 liegt bei 61% der Spannungsamplitude für R = -1, und für L...