GH4169 是一种沉淀强化的镍基高温合金，由于其高强度、耐腐蚀性和微观组织稳定性，被广泛用于疲劳关键部件 [1], [2]。除了在航空发动机部件中的既定应用 [3] 外，GH4169 还用于石油钻探和勘探设备，在这些设备中，在室温或近环境条件下经常遇到循环载荷。在这些应用中，室温循环载荷与振动和局部应力集中相结合，会促进渐进的疲劳损伤并限制结构可靠性和使用寿命 [4], [5]。关于 GH4169/IN718 表面强化的许多已发表工作集中在单个表面完整性参数、高温行为或特定加工路线上，而与其他应用相关的石油勘探等应用的室温疲劳响应则较少受到系统的关注。在疲劳载荷下，疲劳裂纹萌生对表面和近表面状态特别敏感 [6], [7]，使表面完整性成为抗疲劳表面设计中的重要考量。喷丸强化 (SP) 是一种广泛使用的机械表面强化技术，通过反复的高速冲击引入加工硬化和压缩残余应力 [8], [9], [10]。然而，伴随的冲击凹坑、表面粗糙化和局部几何不规则性会增加表面缺口效应，并部分抵消压缩残余应力提供的疲劳益处 [11], [12]。
激光冲击强化 (LSP) 是一种具有出色表面完整性定制能力的先进表面强化技术 [13]。在此过程中，纳秒级高能激光脉冲照射吸收层，在透明覆盖层的约束下产生高压等离子体冲击波，随后冲击波传播进入材料 [14]。
当冲击波压力超过材料的动态屈服强度时，可在近表面区域诱发超高速率塑性变形，从而导致形成残余压缩应力场、梯度硬化层和变形亚结构 [15], [16], [17], [18], [19]。先前的研究表明，LSP 可以通过引入残余压缩应力、晶粒细化、位错增殖和裂纹扩展路径偏转等机制提高金属材料的疲劳寿命 [20], [21], [22], [23]。Luo 等人发现 LSP 显著细化了钛合金的表面微观组织并在表面层引入残余应力，从而显著提高了其耐腐蚀性 [24]。Li 等人报道了经四种不同 LSP 配置处理的 GH4169 镍基高温合金中的残余应力和应变硬化，并研究了它们在两种真空退火条件下的热演化 [25]。Bu 等人报道 LSP 提高了 IN718 高温合金的表面硬度和硬化层深度，同时改善了其室温强度和塑性 [26]。Zhao 等人发现 LSP 诱导的梯度微观组织显著提高了 GH4169 的耐磨性，将平均摩擦系数降低了 12.7%，磨损率降低了 67.0% [27]。Huang 等人报道 LSP 细化了近表面晶粒并诱发了深层残余应力场 [28]。Zhang 等人证明，当 GH4169 螺栓经 LSP 强化时，几何必需位错的峰值密度从 3.67 × 1014 m?2 增加到 4.69 × 1014 m?2，伴随显微硬度的显著改善和疲劳断口上明显的断裂模式 [29]。
基于冲击的表面处理也可被视为表面严重塑性变形 (SPD) 的不同形式，其中塑性应变集中在处理表面附近，并随深度逐渐减小。这种不均匀变形促进了位错积累、取向亚分裂和微观组织渐进细化。Mordyuk 等人报道 IN718 的超声冲击处理在近表面区域产生的微观组织和机械变化比在基体中更强，而透射电子显微镜 (TEM) 揭示了包含约 15–20 nm 纳米晶粒的高度位错超细结构 [30]。Lesyk 等人进一步表明，IN718 的喷丸强化使近表面显微硬度增加了约 20%，并在最外层表面产生了明显的纳米级晶粒细化，经 TEM/SAED 证实 [31]。这些研究表明，冲击诱导的 SPD 可以产生深度依赖的结构和硬化梯度，尽管确切的细化尺度取决于材料状态和加工条件。
因此，本研究系统对比了相同材料条件、试样几何形状和疲劳载荷方案下 UT、SP 处理和 LSP 处理 GH4169 合金的表面完整性和室温疲劳行为。特别关注与石油钻探和勘探设备等室温应用相关的室温疲劳性能。表征表面形貌和粗糙度、梯度硬化、轴向残余应力幅值和渗透深度以及 EBSD 可分辨的近表面变形，并将其与疲劳响应和断裂特征相关联。此外，将这些表面完整性描述符分别参数化并整合到一个半定量多维框架中，以比较 SP 和 LSP 产生的相对表面状态。目标是在研究条件下建立处理诱导的表面完整性与疲劳性能之间的实验对比关系，从而为疲劳关键 GH4169 部件的表面完整性优化提供实验和半定量基础。
