王连庆，罗 艳，吴圣川，谢 普

（1.北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083；2.西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川 成都610031；3.中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春130052）

1 引言

预计2020年底，我国高速铁路总里程将达到3.9万公里，运营速度世界第一，然而运用环境和载荷极端复杂。例如，直接暴露在大气环境中的车轴表面，在超长距离运行中，不可避免地受到各种外物击打，严重破坏车轴结构的完整性，造成极大安全隐患［1］。尤其是近年来，在无砟轨道和有砟轨道上运行的车轴表面发现深度不一、形貌各异的异物伤损，初步判断应为强风卷起异物（道砟、冰雪等）高速击打所致。调研表明，我国高铁车轴表面的各类缺陷中，意外划伤和异物击伤两类缺陷占比超过90%，部分缺陷最大深度超过1.5mm。由此可见，不宜再单纯沿用过保守的名义应力设计方法来处理异物致损车轴。有必要引入基于断裂力学的损伤容限设计方法对伤损车轴剩余强度及寿命进行深入研究。

合适的强化技术在材料表面形成梯度分布组织、硬度和残余应力，能够显著提高零部件的使用寿命。例如，在同样遭受异物致损（FOD）的航空发动机叶片中，采用激光冲击强化方法能够成倍提高叶片的疲劳强度和寿命［2］。喷丸强化（SP）作为一种重要的强化工艺，广泛应用于汽车、航天、石化、舰船等领域。喷丸强化的基本原理为，通过喷射快速的弹丸连续撞击材料或零件表面，使构件表层产生塑性变形，从而形成硬化层，同时在表面引入了残余压应力，可以抑制裂纹萌生和扩展，进而有效地提高构件的服役性能［3，4］。……