再制造工程已经成为当今科学最具有发展前景的技术之一,为目前我国严重资源短缺与环境污染问题提供了一大解决办法。曲轴作为发动机的重要组成元件,由于其具有价格昂贵、结构复杂和附加值高的特点,已成为再制造的主要应用对象。现阶段,曲轴再制造手段主要为电弧喷涂3Cr13,同时界面是整个再制造零件最为薄弱的地方,且弯曲疲劳失效为曲轴的主要失效形式。因此对曲轴疲劳裂纹扩展情况进行分析并研究再制造曲轴在不同的界面特性下的失效模式具有重大意义。本文采用数值模拟与实验相结合的方法,利用喷丸强化方式得到富有残余应力以及粗糙度的界面,确定了喷丸工艺参数与粗糙度和残余应力的关系,研究了热喷涂涂层厚度与界面裂纹扩展的关系,并对再制造零件裂纹扩展行为进行整体研究,探讨了涂覆层内部裂纹、涂层-基体界面裂纹以及基体内部裂纹的扩展行为及其影响因素。得到主要研究结果如下:(1)数值模拟与实验均表明:不同喷丸参数对残余应力以及粗糙度的影响不同,残余压应力随着弹丸直径、弹丸材料、弹丸冲击速度的增大而增大,而随着覆盖率的增大,残余压应力增幅逐渐减小,且材料表面残余压应力随着覆盖率的增大分布更加均匀,金属构件在使用中稳定性提高。同时,随着弹丸直径,速度以及弹丸材料强度的提高,弹丸的能量提高,粗糙度均增大,而覆盖率对于粗糙度的影响呈现先增加后平缓的趋势;(2)涂层厚度不同,整个系统的力学性能和失效模式就不同。对于较薄的涂层,裂纹模式主要为垂直于涂层-基体界面的裂纹,此时拉伸失效占主导;对于较厚的涂层,界面裂纹为主要的裂纹模式,此时剪切失效占主导。从裂纹萌生时临界载荷大小可以看出,较薄的涂层具有相对较好的抗弯性能。(3)喷丸强化之后的试件弯曲模拟表明,随着裂纹扩展的进行,裂纹尖端应力强度因子不断增大,同时,残余压应力越大,裂纹扩展越难;涂层和基体之间的界面粗糙度越大,结合强度越高,但粗糙度过大,使得界面处出现应力集中,产生较大变形而导致涂层过早分离。当涂层受到垂直于界面的载荷而产生轴对称的界面裂纹时,残余压应力导致界面裂纹扩展加速,裂纹尖端应力相角增大。随着残余拉应力的增加,界面裂纹扩展的临界载荷升高,应力相角变小,抑制界面裂纹的继续扩展;(4)通过数值模拟与实验相结合发现当初始裂纹位置一定时,垂直裂纹较倾斜裂纹更为危险,而当裂纹形貌一定时,裂纹越靠近试样的中心线越危险。初始长度越长、越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象,越危险。当裂纹形貌一定时,随着裂纹埋藏深度的增加裂纹扩展的临界载荷逐渐增加,且当埋藏深度达到一定程度时,没有出现裂纹扩展现象。通过对拉伸试验进行有限元模拟可知,当初始裂纹长度在涂层厚度方向投影长度相同时,垂直裂纹的临界开裂载荷小于倾斜裂纹的临界开裂载荷;与拉应力方向平行的初始预制裂纹,在拉应力下裂纹未扩展,此类裂纹较安全。