在高温服役环境下，如何延长含孔关键镍基超合金结构（如 Inconel 718）的疲劳寿命，一直是材料工程领域的难题。这类孔洞通常用于旋转部件中的螺栓和紧固件连接，会形成明显的应力集中区，在高温反复载荷下极易成为裂纹萌生和失效的起点。

现有的孔强化技术主要包括各类喷丸和冷膨胀工艺，其共同思路是通过在孔壁附近引入压缩残余应力（CRS）和一定的塑性变形，来改善表面完整性，从而提升疲劳性能。

不过，这些方法各有局限。喷丸虽然能引入有利的压缩残余应力，但往往会显著增加表面粗糙度，在一定程度上抵消了疲劳寿命的提升效果；而传统冷膨胀则容易在孔边缘产生不均匀的塑性变形和材料堆积，导致局部几何形貌恶化，甚至引入新的应力集中源。

更重要的是，表面完整性在服役过程中的演变规律，以及它与疲劳寿命之间的定量关系，尤其是在高温条件下，仍缺乏系统认识。

在 2025 年发表于《材料科学与工程：A》的一项研究中，AIMR 的王润梓及其团队针对这一问题，评估了一种高效膨胀处理是否能够显著提升 Inconel 718 含孔结构的疲劳性能。

研究团队提出并验证了一种新的孔强化工艺，并将其与未处理试样进行系统对比，重点考察两者在表面完整性和高温疲劳行为方面的差异，目标是明确：究竟是哪一类表面因素在疲劳寿命提升中起到关键作用。

王润梓介绍：“在这项工作中，我们引入了一种称为赫兹接触旋转膨胀加工（HCR-EP）的方法。该工艺通过旋转压头施加受控的赫兹接触载荷，对孔壁进行扩张处理。”

与传统方法相比，HCR-EP 能在孔壁周围形成更加均匀的塑性变形区，并在更深范围内建立压缩残余应力层，同时显著减轻常规工艺中常见的表面损伤和材料堆积问题。

高温疲劳试验结果显示，在高周疲劳区间，经过 HCR-EP 处理的试样相较于未处理试样，其疲劳寿命有明显提升，说明该工艺在高温循环载荷环境下具有显著的强化效果。

为了进一步厘清哪一因素主导了疲劳寿命的改善，研究团队采用了中断疲劳试验方法：在疲劳寿命的不同阶段暂停加载，对试样的表面完整性进行阶段性测量和分析。

结果表明，塑性变形层厚度和显微硬度在整个疲劳过程中基本保持稳定，而压缩残余应力则随着循环次数增加逐渐松弛。这一现象表明，压缩残余应力的演变在疲劳寿命机制中占据主导地位。

“我们的研究代表着疲劳研究思路的一种转变：不再只是被动地测量和预测损伤，而是通过主动重塑孔结构附近材料的状态，来抑制裂纹的初始形成。”王润梓指出，“这些结果为延长高温关键部件寿命提供了一条机制清晰、可工程化实现的路径。”

展望未来，团队计划构建一个人工智能驱动的框架，将加工参数、表面状态与服役性能关联起来，形成可扩展的数据驱动可靠性设计闭环，实现从工艺设计到寿命预测的一体化优化。

王润梓补充道：“最令我意外的是，HCR-EP 效果对服役工况严苛程度的敏感性。在较温和的载荷条件下，疲劳寿命提升非常显著；但随着载荷水平提高，强化效果会逐渐减弱。这意味着孔强化策略不能简单套用，必须与实际服役条件精确匹配。”

他还提到：“同行们更感兴趣的是这一更广泛的启示：制造过程不仅可以用来提高强度，还可以用来主动调控损伤演化。这样一来，疲劳不再只是一个被动预测的问题，而是可以通过可控的表面状态进行工程设计和主动管理的问题。”