高炭素鋼部品の疲労強度と硬度の相関性

疲労強度は内部応力によって差が発生します。
高炭素鋼HRC50を超える硬度であれば熱処理を施している材料だと思われますが、熱処理の条件が一定で無かった場合　焼戻し温度の違い（硬度の違い）で内部応力に差が発生するはずです。
焼戻し温度が高い（硬度が低い）材料のほうがじん性（粘っこい）が大きくなりますので疲労強度も向上すると思います。
熱処理条件がハッキリしていないため憶測になってしまいますが、製品の脱炭、微浸炭がある場合疲労強度に差が発生します。

　硬度の影響とはいえないと思います。
一般的に正の相関関係はあるようですが、今質問にあるような小さな硬さ変化に対して疲労強度との相関がそのまま当てはまるかどうかは疑問だと思います。
　硬さは比較的表面近傍の局所的な材料特性を測定します。
疲労強度測定用の試験片の硬さ測定値か?
そのときのばらつきはどのぐらいだったか、また深さ方向に硬さの依存性はあるかなど、考慮すべきことがあるかと思います。
　前回答の方を否定するわけではないですが、ショア硬さはロール材等の特性を現場で知るための方法であり、試験片の固定方法、固定するジグなどで値が大きく変わります。従いまして、ご質問のようにデリケートな計測値を必要とする場合には不向きかと考えます。
　URLは「疲労強度」「硬さ」で検索してでてきた結果です。
現実に硬さが硬いから疲労強度が高いと決め付けるには難しいようです。
ご参考まで

疑問に思われたと思いますが
硬さの測定方法にも一つの
判断基準という目安のような
違いがあります。つまりﾛｯｸｳｪﾙは
押し込んだﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞ球の面積比を
硬さに換算する　ﾌﾞﾘﾈﾙとかﾋﾞｯｶｰｽ硬さ計では
ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞｺｰﾝの対角線長さだったと記憶します。
一番この手の硬さの違いをみるのは出来るかどうか
別問題で「ｼｮｱｰ硬さ」が適当と考えます
別問題というのは「固体の厚み、同質材で10ｍｍ以上という」
厚み制限あります。あくまで反発力の差を見ることに
なりますから　でもこのﾃｽﾄが一番わかりいいと思います。