张永芳，康思凡,，董丽虹，王海斗，底月兰，李少凡

（1.西安理工大学，西安 710048；2.陆军装甲兵学院，北京 100072；3.河北工业大学，天津 300401）

梯度结构材料是从一种结构、组分或相逐渐过渡至另一种结构、组分或相的非均匀结构材料，在金属中，这些梯度结构包括晶粒尺寸梯度、微观缺陷梯度、孪晶片层梯度、固溶密度梯度、多相梯度及混合型梯度等。目前大量的实验研究表明，梯度结构对材料的各种力学性能具有积极影响，例如高强度[1-2]和塑性[3-4]、更好的抗疲劳性[5]和耐磨性[6-7]等，显著地提升了零件的服役能力。制备表层梯度结构材料的方法也有很多，如渗碳[8-10]、渗氮[11-12]、激光冲击[13]、研磨[14-15]、喷丸[16]、激光熔覆[17]等，经过上述工艺，材料表面产生厚度从几百纳米到几毫米不等的强化层，纵深方向存在着微结构尺度或金相组织的梯度分布。

众多研究指向梯度结构的主要特征是组织成分的转变，像表面热处理技术会使金相产生梯度分布，表面机械加工使晶粒尺寸产生梯度分布，从而使疲劳寿命和疲劳极限得到显著的提高。另外，力学性能的改变也是材料表面强化后的重要特征，硬度和强度随深度的改变尤为明显，表层残余应力多表现为残余压应力，压应力的存在抵消了一部分外载荷，提高了材料的疲劳强度[18]。梯度结构中的裂纹扩展问题也备受讨论。研究表明，裂纹源的萌生位置向梯度结构内部转移，微观组织的梯度分布改变了裂纹的扩展速度。另外，循环塑性区尺寸的增加使得疲劳裂纹在扩展时趋向闭合。……