由于应力集中的影响,材料表面和内部的微缺陷更容易引起疲劳裂纹的萌生,进而最终导致疲劳断裂。在过去的几十年里,大量的研究学者针对微缺陷对传统金属材料疲劳失效的影响展开了广泛的研究。随着科学技术的不断发展,现代工业领域中涌现出一批新型的材料改性技术和制备技术,如表面纳米化处理和增材制造技术。然而,对于这类新兴技术所加工或制造出的材料,关于微缺陷对其疲劳失效机理的影响还有待研究。在实际的工程应用中,由于外界环境的影响,经过表面纳米化处理的零部件难免会受到一些外部损伤,在材料表面形成微缺陷;而增材制造技术更是由于材料成形过程中先天的不足,在材料内部容易形成气孔、夹杂等缺陷。这些微缺陷对表面纳米化和增材制造材料的疲劳性能产生了重要的影响,并一定程度上阻碍了两者在工程结构领域中更广泛的应用。因此,对于表面纳米化处理和增材制造技术,研究含微缺陷金属材料的疲劳失效机理是十分必要的。本文基于超声表面滚压加工和激光选区熔化成形技术,对含微缺陷金属材料的疲劳失效机理进行了研究。研究发现,超声表面滚压加工可以在材料表面形成一定厚度的梯度纳米结构表面层以及引入一定深度的残余压应力,二者对于材料力学性能和疲劳性能的提升都起到了关键的作用。与此同时,将现有的Murakami预测模型应用于含微缺陷表面纳米化材料时,若选择表面硬度值作为材料的硬度参数,则Murakami模型预测得出的应力强度因子门槛值范围与实验测出的结果具有良好的一致性。这是因为表面纳米化材料的疲劳极限是疲劳裂纹萌生极限而不是裂纹扩展极限,其疲劳极限主要取决于纳米晶层的材料性能。除此之外,针对增材制造Ti-6Al-4V合金疲劳失效机理亦展开了相应的研究。研究发现,激光选区熔化成形的Ti-6Al-4V合金在高、低应力水平下的疲劳失效模式不同:当应力较大时,疲劳裂纹通常在表面萌生,材料的疲劳寿命较短;而当应力较小时,材料内部缺陷处成为了裂纹萌生的主要位置,此时材料具有较高的疲劳寿命。不可忽视的是,若材料亚表面附近存在明显缺陷,则无论应力水平高低,裂纹均会从亚表面缺陷处萌生,并且疲劳寿命会显著降低。