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任何一种金属材料及其零部件的疲劳断裂(高周或低周疲劳)，其疲劳源绝大多数情况下萌生于表面。因此，金属材料/零件的疲劳断裂抗力(Fatigue fracture resistance,FFR)，首先取决于表面完整性(Surface integrity,SI)。在其他条件完全相同的情况下，表面完整性等级越高，材料/零件的疲劳断裂抗力越高，即疲劳强度(w) 越高或疲劳裂纹的扩展速率越低。表面完整性主要由以下两方面内容构成: 第一是表面纹理，表征纹理的参量是表面粗糙度(Surface roughness,SR)。表征表面粗糙度的参量Ra值越大，则材料/ 零件的疲劳断裂抗力越低；第二是表层内发生的与内部基体完全不同的物理、化学以及残余应力的变化，描述和表征这种变化的有：表层的组织结构(Microstructure,MS)，如相转变，晶粒与亚晶粒的形状与尺寸，晶体点阵畸变与位错组态等；表层组织结构的塑性形变(Plastic de-formed structure，PDS)；表层的合金元素贫化( Dilution of alloying element，DAE) 或外部元素的渗入(Penetration of external,DEE)；加工工艺引入的残余应力(Residual stress，RS) 。在20～200的范围内, 材料/零件外表面不存在宏观缺陷的情况下，表面完整性中的各项因素对疲劳断裂抗力影响程(由大到小)的一般排列顺序为：表层的残余应力状态--表面粗糙度--表层的组织结构--表层的金元素贫化或外部元素的渗入。在更高的温度( 600～750 ) 范围内，同样在如上述的条件下，表面完整性中的各项因素对疲劳断裂抗力影响程度( 由大到小 ) 的一般排列顺序为：表层的组织结构--表层的残余应力状态--表面粗糙度--表层的合金元素贫化或外部元素的渗入[5,12]。7802
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造成材料不均匀变形的原因主要有:
1) 冷热变形时沿截面弹塑性变形不均匀；
2) 工件加热及冷却时其内部温度分布不均匀, 从而导致热胀冷缩不均匀；
3) 热处理时不均匀的温度分布引起相变过程的不同时性。
图1.1(a)表示材料的不同区域由于弹性模量、屈服强度及形变强化特性不同而形成内应力的情况；图1.1(b)则表示由于塑形变形量不同引起内应力的情况。
上述三方面在材料加工和处理过程中都是难以避免的, 因而在机件中存在残余应力也是必然的。通常钢热处理时形成的残余应力是冷却过程中的热应力和相变应力共同作用的结果, 并且两者之间有一定的交互作用。
各种机械工艺如铸造、切削、焊接、热处理、装配等都会使工件内出现不同程度的残余应力。残余应力是构件还未承受荷载而早已存在构件截面上的初应力，在构件服役过程中，和其他所受荷载引起的工作应力相互叠加，使其产生二次变形和残余应力的重新分布，不但会降低结构的刚度和稳定性而且在温度和介质的共同作用下，还会严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力。
残余应力定义为应力在材料或主体部分在制造和材料处理后缺少外力和热梯度。残余应力也会通过工作负载产生，导致在零件或试样中发生不均一的塑性变形。因此，残余应力不是负载引起的（力或力矩），因此他们必须保证在全局 范围内的平衡，即：
σ是一个指定的点，dA 是焊接构件中的无穷小的面积，z是一个距离参数。残余应力可以被定义为宏观或微观应力，会出现在任何一个时间任何部分。
它们可分为：
–I型：宏观残余应力，在一个组件中大于材料的晶粒尺寸的元件中产生。
–II型：微观残余应力，对应一个个体晶粒尺度的变化。
–III型：微观残余应力存在于纹理中，本质上是由于位错等晶体缺陷的存在而产生。