第四节 机械加工表面质量
机器零件的破坏，一般都是从表面层开始
的，这说明零件的表面质量至关重要，它对产
品质量有很大影响。
研究表面质量的目的，就是要掌握机械加
工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，以
便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高
表面质量、提高产品使用性能的目的。
一、加工表面质量的概念
加工表面质量包含以下两个方面的内容：
1．表面粗糙度与波度
根据加工表面轮廓的特征（波距 L与波高
H的比值），可将表面轮廓分为以下三种：
L／ H＞ 1000：称为 宏观几何形状误差,
例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工
精度范畴；
L／ H＝ 50～ 1000，称为 波纹度,它是由
机械加工振动引起的；
如图
L／ H＜ 50，称为 微观几何形状误差,
亦称表面粗糙度。
2．表面层材料的物理力学性能和化学
性能
表面层材料的物理力学性能，包括表面
层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变
化。
（ 1）表面层的冷作硬化
冷作硬化,机械加工过程中表面层金属产
生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒
间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这些都会使表
面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作
硬化。
（ 2）表面层残余应力
表面层残余应力,机械加工过程中由于切
削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材
料中产生的内应力，称为表面层残余应力。
在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生
的内应力与这里介绍的表面残余应力的区别
在于前者是在整个工件上平衡的应力，它的
重新分布会引起工件的变形；后者则是在加
工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不
会引起工件变形，但它对机器零件表面质量
有重要影响。
（ 3） 表面层金相组织变化 机械加工
过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升
高，当温度升高到超过工件材料金相组织变
化的临界点时，就会发生金相组织变化。例
如磨削淬火钢件时，常会出现回火烧伤、退
火烧伤等金相组织变化，将严重影响零件的
使用件能。
二、机械加工表面质量对机器使用性能的影
响
1．表面质量对耐磨性的影响
零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热
处理情况和润滑条件有关，而且还与摩擦副
表面质量有关。
（ 1）表面粗糙度对耐磨性的影响 表面
粗糙度值大，接触表面的实际压强增大，粗
糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂，使磨损加
剧，表面粗糙度值越大越不耐磨；但表面
粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不
住润滑油使接触面间容易发生分子粘接，也
会导致磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机
器零件的工况有关，载荷加大时，磨损曲线
向上向右位移，最佳粗糙度值也随之右移。
（ 2）表面冷作硬化对耐磨性的影响 机
械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金
属的显微硬度提高，可降低磨损。加工表面
的冷作硬化，一般能提高耐磨性；但是过度
的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“疏
松”，严重时甚至出现裂纹，使磨损加剧。
（ 3）表面纹理对耐磨性的影响 在轻载
运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均
与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹方
向均与运动方向垂直时，耐磨性差，这是因为
两个摩擦面在相互运动中，切去了妨碍运动的
加工痕迹。但在重载时，两相对运动零件表面
的刀绞方向均与相对运动方向一致时容易发生
咬合，磨损量反而大；两相对运动零件表面的
刀纹方向相互垂直，且运动方向平行于下表面
的刀绞方向，磨损量较小。
2．表面质量对零件疲劳强度的影响
表面粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。
在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位
容易产生应力集中，出现疲劳裂纹，加速疲
劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、
圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响
更大。
减小零件的表面粗糙度，可以提高零件的
疲劳强度。零件表面存在一定的冷作硬化，可
以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的
扩展，有利于提高疲劳强度；但冷作硬化强度
过高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低
疲劳强度。加工表面层如有一层残余压应力产
生，可以提高疲劳强度。
3．表面质量对抗腐蚀性能的影响
大气中所含的气体和液体与零件接触时
会凝聚在零件表面上使表面腐蚀。零件表面
粗糙度越大，加工表面与气体、液体接触面
积越大，腐蚀作用就越强烈。加工表面的冷
作硬化和残余应力，使表层材料处于高能位
状态，有促进腐蚀的作用。减小表面粗糙度，
控制表面的加工硬化和残余应力，可以提高
零件的抗腐蚀性能。
4．表面质量对零件配合性质的影响
对于间隙配合，零件表面越粗糙，磨损
越大，使配合间隙增大，降低配合精度；对
于过盈配合，两零件粗糙表面相配时凸峰被
挤平，使有效过盈量减小，将降低过盈配合
的连接强度。
三、加工表面的表面粗糙度
切削加工的表面粗糙度值主要取决于切
削残留面积的高度。
对于刀尖圆弧半径 的刀具，工件表
面残留面积的高度 如图 4-42a）0??r
如图
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fH
8
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rr
fH
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对于刀尖圆弧半径 的刀具，工件
表面残留面积的高度 如图 4-42b）
减小 f、, 及增大,均可减小
残留面积的高度 H值。
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H
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切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状，
一般都与纯几何因素形成的理论轮廓有较大
的差别，这是由于切削加工中有塑性变形发
生的缘故。
加工塑性材料时，切削速度对加工表面
粗糙度的影响如 图 4－ 43所示。在图示某一切
削速度范围内，容易生成积屑瘤，使表面粗
糙度增大。加工脆性材料时，切削速度对表
面粗糙度的影响不大。 图
加工相同材料的工件，晶粒越粗大，切
削加工后的表面粗糙度值越大。为减小切削
加工后的表面粗糙度值，常在加工前或精加
工前对工件进行正火、调质等热处理，目的
在于得到均匀细密的晶粒组织，并适当提高
材料的硬度。
适当增大刀具的前角，可以降低被切削
材料的塑性变形；降低刀具前刀面和后刀面
的表面粗糙度可以抑制积屑瘤的生成；增大
刀具后角，可以减少刀具和工件的摩擦；合
理选择冷却润滑液，可以减少材料的变形和
摩擦，降低切削区的温度；采取上述各项措
施均有利于减小加工表面的粗糙度。
磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因
素和表面层材料的塑性变形决定的。表面粗糙
度的高度和形状是由起主要作用的某一类因素
或是某一个别因素决定的。例如，当所选取的
磨削用量不至于在加工表面上产生显著的热现
象和塑性变形时，几何因素就可能占优势，对
表面粗糙度高度起决定性影响的可能是砂轮的
粒度和砂轮的修正用量；与此相反，如果磨削
区的塑性变形相当显著时，砂轮粒度等几何因
素就不起主要作用，磨削用量可能是影响磨削
表面粗糙度的主要因素。
四、加工表面的物理力学性能
（一）表面层材料的冷作硬化
1．冷作硬化及其评定参数
冷作硬化,切削过程中产生的塑性变形，
会使表层金属的晶格发生扭曲、畸变，晶粒间
产生剪切滑移，晶粒被拉长，甚至破碎，这些
都会使表层金属的硬度和强度提高，这种现象
称作冷作硬化，亦称强化。
冷作硬化的程度取决于塑性变形的程度 。
弱化,被冷作硬化的金属处于高能位的
不稳定状态，只要一有可能，金属的不稳定
状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象
称为弱化 。弱化作用的大小取决于温度的高
低、热作用时间的长短和表层金属的强化程
度。由于在加工过程中表层金属同时受到变
形和热的作用，加工后表层金属的最后性质
取决于强化和弱化综合作用的结果。
评定冷作硬化的指标是：表层金属的
显微硬度 HV，硬化层深度 h和硬化程度 N，
N＝［（ HV－ HV。）／ HV。］ × 100％，
式中 HV。为工件内部金属的显微硬度。
2．影响冷作硬化的因素
（ 1）刀具的影响 切削刃钝圆半径越
大，已加工表面在形成过程中受挤压程度越
大，加工硬化也越大；当刀具后刀面的磨损
量增大时，后刀面与已加工表面的摩擦随之
增大，冷作硬化程度也增加；减小刀具的前
角，加工表面层塑性变形增加，切削力增大，
冷作硬化程度和深度都将增加。
（ 2）切削用量的影响 切削速度增大时，
刀具对工件的作用时间缩短，塑性变形不充分，
随着切削速度的增大和切削温度的升高，冷作
硬化程度将会减小。背吃刀量和进给量 f增大，
塑性变形加剧，冷作硬化加强。
（ 3）加工材料的影响 被加工工件材料
的硬度愈低、塑性越大时，冷硬现象愈严重。
有色金属的再结晶温度低，容易弱化，因此，
切削有色合金工件时的冷硬倾向程度要比切削
钢件时小。
（二）表面层材料金相组织变化
加工表面温度超过相变温度时，表层金属
的金相组织将会发生相变。切削加工时，切削
热大部分被切屑带走，因此影响较小，多数情
况下，表层金属的金相组织没有质的变化。磨
削加工时，切除单位体积材料所需消耗的能量
远大于切削加工，磨削加工所消耗的能量绝大
部分要转化为热，磨削热传给工件，使加工表
面层金属金相组织发生变化。
磨削淬火钢时，会产生三种不同类型的
烧伤：
① 回火烧伤,如果磨削区温度超过马氏
体转变温度而未超过相变临界温度（碳钢
的相变温度为 723℃ ），这时工件表层金属
的金相组织，由原来的马氏体转变为硬度
较低的回火组织（索氏体或托氏体），这
种烧伤称为回火烧伤。
② 淬火烧伤,如果磨削区温度超过了相
变温度，在切削液急冷作用下，使表层金属发
生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里
层金属则由于冷却速度慢，出现了硬度比原先
的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为淬
火烧伤。
③ 退火烧伤,若工件表层温度超过相变
温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属
产生退火组织，硬度急剧下降，称之为退火烧
伤。
磨削烧伤严重影响零件的使用性能，必
须采取措施加以控制。
控制磨削烧伤有两个途径：一是尽可能
减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽
量减少传人工件的热量。 采用硬度稍软的砂
轮，适当减小磨削深度和磨削速度，适当增
加工件的回转速度和轴向进给量，采用高效
冷却方式（如高压大流量冷却、喷雾冷却、
内冷却）等措施，都可以降低磨削区温度，
防止磨削烧伤。
（三）表面层残余应力
1．加工表面产生残余应力的原因
（ 1）表层材料比容增大 切削过程中加工
表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压与摩
擦，产生塑性变形，由于晶粒碎化等原因，表
层材料比容增大。由于塑性变形只在表面层产
生，表面层金属比容增大，体积膨胀，不可避
免地要受到与它相连的里层基体材料的阻碍，
故表层材料产生残余压应力，里层材料则产生
与之相平衡的残余拉应力。
（ 2）切削热的影响 切削加工中，切削
区会有大量的切削热产生，工件表面的温度
往往很高。
（ 3）金相组织的变化 切削时的高温会
使表面层的金相组织发生变化。
不同的金相组织有不同的密度，亦即具
有不同的比容。表面层金属金相组织变化引
起的体积变化，必然受到与之相连的基体金
属的阻碍，因此就有残余应力产生。当表面
层金属体积膨胀时，表层金属产生残余压应
力，里层金属产生残余拉应力；当表面层金
属体积缩小时，表层金属产生残余拉应力，
里层金属产生残余压应力。
2．零件主要工作表面最终加工工序加
工方法的选择
工件加工最终工序加工方法的选择至关
重要，因为最终工序在被加工工件表面上留
下的残余应力将直接影响机器零件的使用性
能。
工件加工最终工序加工方法的选择与机
器零件的失效形式密切相关。机器零件失效
主要有以下三种不同的形式：
（ 1）疲劳破坏 在交变载荷的作用下，
机器零件表面开始出现微观裂纹，之后在拉
应力的作用下使裂纹逐渐扩大，最终导致零
件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏能力的角
度考虑，最终工序应选择能在加工表面（尤
其是应力集中区）产生压缩残余应力的加工
方法。
（ 2）滑动磨损 两个零件作相对滑动，
滑动面将逐渐磨损。滑动磨损的机理十分复
杂，它既有滑动摩擦的机械作用，又有物理
化学方面的综合作用（例如粘接磨损，扩散
磨损，化学磨损）。
（ 3）滚动磨损 两个零件作相对滚动，
滚动面会渐渐磨损。滚动磨损主要来自滚动
摩擦的机械作用，也有来自粘接、扩散等物
理、化学方面的综合作用。
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机器零件的破坏，一般都是从表面层开始
的，这说明零件的表面质量至关重要，它对产
品质量有很大影响。
研究表面质量的目的，就是要掌握机械加
工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，以
便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高
表面质量、提高产品使用性能的目的。
一、加工表面质量的概念
加工表面质量包含以下两个方面的内容：
1．表面粗糙度与波度
根据加工表面轮廓的特征（波距 L与波高
H的比值），可将表面轮廓分为以下三种：
L／ H＞ 1000：称为 宏观几何形状误差,
例如圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工
精度范畴；
L／ H＝ 50～ 1000，称为 波纹度,它是由
机械加工振动引起的；
如图
L／ H＜ 50，称为 微观几何形状误差,
亦称表面粗糙度。
2．表面层材料的物理力学性能和化学
性能
表面层材料的物理力学性能，包括表面
层的冷作硬化、残余应力以及金相组织的变
化。
（ 1）表面层的冷作硬化
冷作硬化,机械加工过程中表面层金属产
生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒
间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这些都会使表
面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作
硬化。
（ 2）表面层残余应力
表面层残余应力,机械加工过程中由于切
削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材
料中产生的内应力，称为表面层残余应力。
在铸、锻、焊、热处理等加工过程产生
的内应力与这里介绍的表面残余应力的区别
在于前者是在整个工件上平衡的应力，它的
重新分布会引起工件的变形；后者则是在加
工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不
会引起工件变形，但它对机器零件表面质量
有重要影响。
（ 3） 表面层金相组织变化 机械加工
过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升
高，当温度升高到超过工件材料金相组织变
化的临界点时，就会发生金相组织变化。例
如磨削淬火钢件时，常会出现回火烧伤、退
火烧伤等金相组织变化，将严重影响零件的
使用件能。
二、机械加工表面质量对机器使用性能的影
响
1．表面质量对耐磨性的影响
零件的耐磨性不仅与摩擦副的材料、热
处理情况和润滑条件有关，而且还与摩擦副
表面质量有关。
（ 1）表面粗糙度对耐磨性的影响 表面
粗糙度值大，接触表面的实际压强增大，粗
糙不平的凸峰间相互咬合、挤裂，使磨损加
剧，表面粗糙度值越大越不耐磨；但表面
粗糙度值也不能太小，表面太光滑，因存不
住润滑油使接触面间容易发生分子粘接，也
会导致磨损加剧。表面粗糙度的最佳值与机
器零件的工况有关，载荷加大时，磨损曲线
向上向右位移，最佳粗糙度值也随之右移。
（ 2）表面冷作硬化对耐磨性的影响 机
械加工后的表面，由于冷作硬化使表面层金
属的显微硬度提高，可降低磨损。加工表面
的冷作硬化，一般能提高耐磨性；但是过度
的冷作硬化将使加工表面金属组织变得“疏
松”，严重时甚至出现裂纹，使磨损加剧。
（ 3）表面纹理对耐磨性的影响 在轻载
运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均
与运动方向相同时，耐磨性好；两者的刀纹方
向均与运动方向垂直时，耐磨性差，这是因为
两个摩擦面在相互运动中，切去了妨碍运动的
加工痕迹。但在重载时，两相对运动零件表面
的刀绞方向均与相对运动方向一致时容易发生
咬合，磨损量反而大；两相对运动零件表面的
刀纹方向相互垂直，且运动方向平行于下表面
的刀绞方向，磨损量较小。
2．表面质量对零件疲劳强度的影响
表面粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。
在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位
容易产生应力集中，出现疲劳裂纹，加速疲
劳破坏。零件上容易产生应力集中的沟槽、
圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响
更大。
减小零件的表面粗糙度，可以提高零件的
疲劳强度。零件表面存在一定的冷作硬化，可
以阻碍表面疲劳裂纹的产生，缓和已有裂纹的
扩展，有利于提高疲劳强度；但冷作硬化强度
过高时，可能会产生较大的脆性裂纹反而降低
疲劳强度。加工表面层如有一层残余压应力产
生，可以提高疲劳强度。
3．表面质量对抗腐蚀性能的影响
大气中所含的气体和液体与零件接触时
会凝聚在零件表面上使表面腐蚀。零件表面
粗糙度越大，加工表面与气体、液体接触面
积越大，腐蚀作用就越强烈。加工表面的冷
作硬化和残余应力，使表层材料处于高能位
状态，有促进腐蚀的作用。减小表面粗糙度，
控制表面的加工硬化和残余应力，可以提高
零件的抗腐蚀性能。
4．表面质量对零件配合性质的影响
对于间隙配合，零件表面越粗糙，磨损
越大，使配合间隙增大，降低配合精度；对
于过盈配合，两零件粗糙表面相配时凸峰被
挤平，使有效过盈量减小，将降低过盈配合
的连接强度。
三、加工表面的表面粗糙度
切削加工的表面粗糙度值主要取决于切
削残留面积的高度。
对于刀尖圆弧半径 的刀具，工件表
面残留面积的高度 如图 4-42a）0??r
如图
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对于刀尖圆弧半径 的刀具，工件
表面残留面积的高度 如图 4-42b）
减小 f、, 及增大,均可减小
残留面积的高度 H值。
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切削加工表面粗糙度的实际轮廓形状，
一般都与纯几何因素形成的理论轮廓有较大
的差别，这是由于切削加工中有塑性变形发
生的缘故。
加工塑性材料时，切削速度对加工表面
粗糙度的影响如 图 4－ 43所示。在图示某一切
削速度范围内，容易生成积屑瘤，使表面粗
糙度增大。加工脆性材料时，切削速度对表
面粗糙度的影响不大。 图
加工相同材料的工件，晶粒越粗大，切
削加工后的表面粗糙度值越大。为减小切削
加工后的表面粗糙度值，常在加工前或精加
工前对工件进行正火、调质等热处理，目的
在于得到均匀细密的晶粒组织，并适当提高
材料的硬度。
适当增大刀具的前角，可以降低被切削
材料的塑性变形；降低刀具前刀面和后刀面
的表面粗糙度可以抑制积屑瘤的生成；增大
刀具后角，可以减少刀具和工件的摩擦；合
理选择冷却润滑液，可以减少材料的变形和
摩擦，降低切削区的温度；采取上述各项措
施均有利于减小加工表面的粗糙度。
磨削加工表面粗糙度的形成也是由几何因
素和表面层材料的塑性变形决定的。表面粗糙
度的高度和形状是由起主要作用的某一类因素
或是某一个别因素决定的。例如，当所选取的
磨削用量不至于在加工表面上产生显著的热现
象和塑性变形时，几何因素就可能占优势，对
表面粗糙度高度起决定性影响的可能是砂轮的
粒度和砂轮的修正用量；与此相反，如果磨削
区的塑性变形相当显著时，砂轮粒度等几何因
素就不起主要作用，磨削用量可能是影响磨削
表面粗糙度的主要因素。
四、加工表面的物理力学性能
（一）表面层材料的冷作硬化
1．冷作硬化及其评定参数
冷作硬化,切削过程中产生的塑性变形，
会使表层金属的晶格发生扭曲、畸变，晶粒间
产生剪切滑移，晶粒被拉长，甚至破碎，这些
都会使表层金属的硬度和强度提高，这种现象
称作冷作硬化，亦称强化。
冷作硬化的程度取决于塑性变形的程度 。
弱化,被冷作硬化的金属处于高能位的
不稳定状态，只要一有可能，金属的不稳定
状态就要向比较稳定的状态转化，这种现象
称为弱化 。弱化作用的大小取决于温度的高
低、热作用时间的长短和表层金属的强化程
度。由于在加工过程中表层金属同时受到变
形和热的作用，加工后表层金属的最后性质
取决于强化和弱化综合作用的结果。
评定冷作硬化的指标是：表层金属的
显微硬度 HV，硬化层深度 h和硬化程度 N，
N＝［（ HV－ HV。）／ HV。］ × 100％，
式中 HV。为工件内部金属的显微硬度。
2．影响冷作硬化的因素
（ 1）刀具的影响 切削刃钝圆半径越
大，已加工表面在形成过程中受挤压程度越
大，加工硬化也越大；当刀具后刀面的磨损
量增大时，后刀面与已加工表面的摩擦随之
增大，冷作硬化程度也增加；减小刀具的前
角，加工表面层塑性变形增加，切削力增大，
冷作硬化程度和深度都将增加。
（ 2）切削用量的影响 切削速度增大时，
刀具对工件的作用时间缩短，塑性变形不充分，
随着切削速度的增大和切削温度的升高，冷作
硬化程度将会减小。背吃刀量和进给量 f增大，
塑性变形加剧，冷作硬化加强。
（ 3）加工材料的影响 被加工工件材料
的硬度愈低、塑性越大时，冷硬现象愈严重。
有色金属的再结晶温度低，容易弱化，因此，
切削有色合金工件时的冷硬倾向程度要比切削
钢件时小。
（二）表面层材料金相组织变化
加工表面温度超过相变温度时，表层金属
的金相组织将会发生相变。切削加工时，切削
热大部分被切屑带走，因此影响较小，多数情
况下，表层金属的金相组织没有质的变化。磨
削加工时，切除单位体积材料所需消耗的能量
远大于切削加工，磨削加工所消耗的能量绝大
部分要转化为热，磨削热传给工件，使加工表
面层金属金相组织发生变化。
磨削淬火钢时，会产生三种不同类型的
烧伤：
① 回火烧伤,如果磨削区温度超过马氏
体转变温度而未超过相变临界温度（碳钢
的相变温度为 723℃ ），这时工件表层金属
的金相组织，由原来的马氏体转变为硬度
较低的回火组织（索氏体或托氏体），这
种烧伤称为回火烧伤。
② 淬火烧伤,如果磨削区温度超过了相
变温度，在切削液急冷作用下，使表层金属发
生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里
层金属则由于冷却速度慢，出现了硬度比原先
的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为淬
火烧伤。
③ 退火烧伤,若工件表层温度超过相变
温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属
产生退火组织，硬度急剧下降，称之为退火烧
伤。
磨削烧伤严重影响零件的使用性能，必
须采取措施加以控制。
控制磨削烧伤有两个途径：一是尽可能
减少磨削热的产生；二是改善冷却条件，尽
量减少传人工件的热量。 采用硬度稍软的砂
轮，适当减小磨削深度和磨削速度，适当增
加工件的回转速度和轴向进给量，采用高效
冷却方式（如高压大流量冷却、喷雾冷却、
内冷却）等措施，都可以降低磨削区温度，
防止磨削烧伤。
（三）表面层残余应力
1．加工表面产生残余应力的原因
（ 1）表层材料比容增大 切削过程中加工
表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压与摩
擦，产生塑性变形，由于晶粒碎化等原因，表
层材料比容增大。由于塑性变形只在表面层产
生，表面层金属比容增大，体积膨胀，不可避
免地要受到与它相连的里层基体材料的阻碍，
故表层材料产生残余压应力，里层材料则产生
与之相平衡的残余拉应力。
（ 2）切削热的影响 切削加工中，切削
区会有大量的切削热产生，工件表面的温度
往往很高。
（ 3）金相组织的变化 切削时的高温会
使表面层的金相组织发生变化。
不同的金相组织有不同的密度，亦即具
有不同的比容。表面层金属金相组织变化引
起的体积变化，必然受到与之相连的基体金
属的阻碍，因此就有残余应力产生。当表面
层金属体积膨胀时，表层金属产生残余压应
力，里层金属产生残余拉应力；当表面层金
属体积缩小时，表层金属产生残余拉应力，
里层金属产生残余压应力。
2．零件主要工作表面最终加工工序加
工方法的选择
工件加工最终工序加工方法的选择至关
重要，因为最终工序在被加工工件表面上留
下的残余应力将直接影响机器零件的使用性
能。
工件加工最终工序加工方法的选择与机
器零件的失效形式密切相关。机器零件失效
主要有以下三种不同的形式：
（ 1）疲劳破坏 在交变载荷的作用下，
机器零件表面开始出现微观裂纹，之后在拉
应力的作用下使裂纹逐渐扩大，最终导致零
件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏能力的角
度考虑，最终工序应选择能在加工表面（尤
其是应力集中区）产生压缩残余应力的加工
方法。
（ 2）滑动磨损 两个零件作相对滑动，
滑动面将逐渐磨损。滑动磨损的机理十分复
杂，它既有滑动摩擦的机械作用，又有物理
化学方面的综合作用（例如粘接磨损，扩散
磨损，化学磨损）。
（ 3）滚动磨损 两个零件作相对滚动，
滚动面会渐渐磨损。滚动磨损主要来自滚动
摩擦的机械作用，也有来自粘接、扩散等物
理、化学方面的综合作用。
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