零件表面强度是影响疲劳强度的重要因素。表面热处理和表面冷塑性形变加工对提高疲劳强度十分有效，如表面淬火、渗碳、碳氮共渗、氮化、喷丸和滚压。提高零件表面强度可降低零件表面承受的有效拉应力和局部不均匀形变，减少疲劳裂纹形成。
Yamata等研究了不同表面加工和表面处理方法对弹簧钢SUP10疲劳性能的影响。表1为试验测得的表面粗糙度、表面残余应力和疲劳极限。
表1 SUP10钢疲劳试样表面粗糙度、残余应力和疲劳极限
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试样 |
表面粗糙度 Rrmax /μm |
表面残余应力σw/MPa |
疲劳极限 σw/MPa |
疲劳极限的增值Δσw/% |
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HT |
4.7 |
-5 |
420 |
0 |
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HT+BF |
2.3 |
-324 |
470 |
11.9 |
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HT+SP |
5.7 |
-470 |
620 |
47.6 |
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HT+RG |
4.3 |
-156 |
630 |
50.0 |
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HT+FG |
1.1 |
-139 |
675 |
60.7 |
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HT+RG+SP |
3.8 |
-628 |
675 |
60.7 |
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HT+FG+SP |
1.8 |
-623 |
700 |
67.7 |
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FG+HT |
2.2 |
-03 |
490 |
16.7 |
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FG+HT+SP |
4.1 |
-591 |
640 |
52.4 |
注:①负号表示压应力;②HT表示热处理，BF表示滚磨，SP表示喷丸，RG表示粗磨，FG表示精磨。
由此可知：(l)磨去热处理产生的表面脱碳层可显著提高疲劳极限；(2)不除去热处理后产生的表面脱碳层直接喷丸较除去脱碳后再喷丸提高被劳极限的幅度大，前者为30%-50%，后者仅为3%-6%。
为减小表面脱碳影响，热轧弹簧圆钢表面剥光、要避免表面脱碳应当消除或降低两者间存在的碳化学位梯度。采取保护气氛加热是避免或减轻表面脱碳的有效措施。缩短加热时间减小脱碳深度，快速感应加热应当采用。由于不同合金元素对碳的活度和扩散影响不同，相同条件下不同成分的弹簧钢会表现出不同的脱碳行为。例如Si可以提高弹性极限、强度、回火稳定性和弹性减退抗力，但是对Si增加奥氏体中碳的活度和化学位梯度导致的表面严重脱碳也必须给予重视。石钢公司试制的低碳弹簧钢28MnSiB，降低了钢中碳硅的含量，有效的降低了表面脱碳倾向，检查结果表明实际碳含量为0.10%-0.16%，平均为0.12%，达到了标准所规定的碳的含量小于0.23%的要求。
