对于结构或试样而言，可以通过表面冷作强化和表面热处理强化等表面处理方法来提高其疲劳强度，从而避免早期的疲劳失效。选择表面强化方法应全面考虑以下各方面因素：对不同磨损类型的强化效果、对各种材料或零件（大小、形状及其部位）的适用性、结构的工况及环境条件、表面强化对材料（尤其是金属材料）性能的改变、表面强化对后续加工的影响、表面强化对零件尺寸的改变、成本等。

表面冷作强化

表面冷作强化是提高零件疲劳强度的一种有效方法，由英国人吉尔伯特于1927年首先提出。前苏联中央机器制造与工艺科学研究院从1945年开始对这种方法进行了广泛的理论和试验研究，并在工业中得到了广泛成功的应用。

冷作强化可以大大提高材料的腐蚀疲劳强度和微动磨损疲劳强度，常常可以抵消微动磨损对疲劳强度的不利影响。在钢制品中，表面冷作建立的压缩残余应力在常温下可以保持几十年不松弛。这种残余应力只有在应力达到一定水平时才在应力集中区稍有降低。并且，即使在导致零件残余应力逐渐松弛的高载荷下，表面冷作也因能使残余应力暂时保持从而使总寿命有明显提高。

常用的冷作强化方法有：滚压、喷丸、冲击和超载拉伸。此外，还有液压-机械处理，振动法、金刚石熨平法和干涉配合等。

（1）喷丸处理　喷丸处理在小型零件的生产中获得了广泛应用，它特别适用于应力集中处的强化，特别是当由应力集中引起的应力梯度与喷丸处理所引起的内应力梯度相似时更为有效。

喷丸处理提高疲劳强度的原因也是压缩残余应力和冷作硬化。喷丸强化的效果取决于冷作硬化层的深度和硬化程度。

喷丸不但适用于小型零件，也适用于焊接结构和其他大型零部件。喷丸除使用钢丸以外，还可使用陶瓷丸和玻璃丸等。现在，除了使用气体喷丸装置以外，还使用气液喷丸装置。这种方法的原理是零件受到喷丸、空气和悬浮液流的共同作用。悬浮液在布有喷射器喷嘴的混合室中形成。实践表明，气液喷丸装置在许多情况下较气体喷丸装置方便得多。

（2）滚压强化　滚压强化是一种最常使用的冷作强化方法，其效果优于喷丸强化。它特别适用于应力集中处的冷作强化，在阶梯轴的圆角过渡处、曲轴的圆角过渡处、螺纹根部、转轴的压配合处都经常使用这种强化处理方法。

光滑试样经过滚压，疲劳极限平均提高10%～20%。在有应力集中情况下，滚压可以建立较高的残余应力，滚压效果大大提高，常常可以完全抵消应力集中的不利影响。在有腐蚀介质情况下，滚压效果特别显著。

（3）冲击强化　冲击也可以起到与喷丸和滚压相似的强化作用。喷丸本身就是利用小球的冲击力进行强化的。最简单的冲击强化方法是锤击强化，只须利用手锤对要强化的部位进行敲打即可，这种方法的效果也很显著。例如，在进行矩形试样的平面弯曲试验时，由于夹持部分的宽度仅为工作段的1.5倍，试样经常在夹持段破坏。为了解决这一问题，对试样的夹持部分进行了锤击强化，锤击以后，所有试样都不再在夹持段破坏。

也可以利用气锤的冲头对轴的过渡圆角进行冲击，这时可以用较小的能量得到较大的压力。用这种方法对接触区进行强化也能得到较大效果。

（4）机械超载　采用机械超载方式可以提高疲劳强度，对有应力集中的零件进行机械超载（拉伸超载），可以在应力集中处建立压缩残余应力，提高应力集中零件的疲劳强度。一般在应力集中处施加超过屈服极限的拉伸应力，在部分材料内产生塑性变形，而结构或试样内部的其他部分仍处在弹性状态。当卸除外力以后，塑性变形不能恢复，便在应力集中处建立了压缩残余应力，截面上的其他部分则产生拉伸残余应力，而压缩残余应力远较拉伸残余应力大。由于在应力集中处建立了压缩残余应力，故使其疲劳强度提高。对焊接结构及其他结构预先进行超载，可以使危险区冷作和建立有利的压缩残余应力，从而提高疲劳强度。

表面热处理强化

表面热处理也是提高零件疲劳强度的一种有效方法。常用的表面热处理强化方法有表面淬火、渗碳和渗氮等。

（1）表面淬火　表面淬火时由于相变产生的压缩残余应力对于疲劳极限的提高有首要意义。在火焰淬火及中、高频感应淬火等表面热处理工序中，由于只是将表面一薄层金属加热至高温，淬火时发生由奥氏体至马氏体的相变，体积增大4%，因此在表层中建立了比较大的压缩残余应力。不仅压缩残余应力使其疲劳强度提高，表面层强化也能起到一定的作用。火焰淬火能在0.4%C碳钢上形成一层厚达3mm以上的硬化层，使维氏硬度从180提高580。45钢台肩试样的肩部进行火焰淬硬后，疲劳极限可以从115MPa提高到355MPa。光滑试样火焰淬火以后疲劳极限也有一定提高。

（2）渗碳　渗碳的效果比表面淬火更好。渗碳提高疲劳强度的作用有3个方面：①不均匀冷却在表面产生压缩残余应力；②相变在表面产生压缩残余应力；③渗碳使表面强化。表面淬火时仅仅是表面加热，中间仍是冷的，表面冷却时产生的残余应力是拉应力，它必然会抵消相变残余应力的有利作用，因此表面淬火形成的压缩残余应力较渗碳时小，其提高疲劳强度的作用也比渗碳小。

（3）渗氮　渗氮可以大大提高表层的硬度，同时还可以建立很高的压缩残余应力。渗氮时表层加热到500℃左右，在此温度下氮和铁及合金元素合成氮化物，使体积膨胀，产生压缩残余应力。氮化层的厚度很小，因此产生的残余应力特别大。在弯曲疲劳试验中，疲劳裂纹不在表层产生，而是产生在氮化层以下的亚表面。裂纹在亚表面产生以后，先向内扩展，然后再向外扩展。由于渗氮可以在很薄的表层中建立很高的压缩残余应力，因此对小缺口特别有利。当缺口较大，因缺口的影响区域较大，渗氮不能得到好效果。