本文以HT200灰铸铁为研究对象,在贝壳软硬交替结构具有优良抗热疲劳性的自然界非光滑现象的启发下,通过激光器在长方体薄块状灰铸铁试样表面加工出一条条平行等间距的单元体来提高灰铸铁的抗热疲劳性能。研究单元体横截面积的变化对试样热疲劳抗性的影响;以单元体横截面积的大小为指标对激光器的加工参数进行了优化;研究了不同参数对单元体横截面积大小的影响规律;并研究了预热和退火工艺对单元体中的孔洞、裂纹、拉应力的影响。研究表明:试样的热疲劳裂纹扩展速度随着单元体横截面积的增加而显著减小。激光脉宽是影响单元体横截面积的最显著因素,脉宽增加,单元体横截面积显著增加;激光功率增加单元体横截面积逐渐增大;扫描速度加快使单元体的横截面积逐渐减小;频率和离焦量对单元体尺寸影响不显著。各因素对指标的影响次序为:脉宽>功率>扫描速度>频率>离焦量。对脉宽进行扩大化试验,确定的激光加工参数的最优值为:脉宽13 ms,功率为1482W,扫描速度0.5 mm/s,频率10Hz,离焦量5.5mm。对试样整体预热温度提高到250℃后,再激光处理可消除单元体表面的裂纹和孔洞,处理后单元体的晶粒略有增大,硬度下降7.42%。在同样的激光加工参数下,250℃预热后的试样的热疲劳性能相对于未预热的试样略有提高。预热后加工单元体再退火工艺可以去除单元体处93.3%的拉应力,退火后的试样的热疲劳性能相对于仿生非光滑未预热试样和仿生非光滑预热试样提高38%。