工业模具通过表面强化技术,以达到延长材料使用寿命的目的。现有的多种表面强化技术是通过使金属材料表面发生非同步塑性形变以获得预压应力层,从而减缓材料表面裂纹扩展速率,甚至使裂纹闭合,以实现强化效果。锤击法作为一种表面强化处理技术,可以使金属材料表面下一定深度内出现预压应力层以提高材料疲劳寿命。本文利用抵紧锤击法获得了金属材料锤击塑性区的三维形貌和范围信息,并对影响塑性区的因素进行了深入对比分析。锤击实验的试样选取尺寸为170mm×20 mm×30 mm的Q235钢、#45调质钢和#45淬火钢三种金属试样,锤击行程设计为25 mm、50 mm、75 mm、100 mm、125 mm和150 mm六种,锤头形状选取SΦ11和SΦ16球形、顶角110°锥形和Φ2圆台形四种,锤击点设计了单点锤击和点间距为1.5 mm的双点锤击。为进一步了解抵紧锤击与实体锤击的锤击强化效果,本文设计了显微硬度阵列法,该方法利用MH-3型数字显微硬度计对比分析了切面和抵紧面锤击痕塑性区的硬度分布规律。另外,设计并加工了新型划线设备,以提高抵紧网格法分析锤击塑性区应变数据的精度,并对设备所划网格线的直线度和网格点精度进行评估。相应的实验结果表明:(1)当试样材质和锤头型号相同时,锤击塑性区的面积和深度与锤击行程呈正比关系,即随着锤击行程的增加不断增长,但塑性区深度的增长受材料塑性变形能力的制约;当试样材质和锤击行程相同时,110°锥形锤头所产生的塑性区面积和深度数值最大,分别可达到17.95 mm2和3.81 mm;当锤头型号和锤击行程相同时,塑性区的面积和深度数值随着试样硬度值的增大而减小,抵紧面的锤击痕弹起高度随着试样屈服强度的增大而增高,#45淬火钢的塑性区面积和深度最小,弹起高度最高;双点锤击塑性区数据值是两次单点锤击形变矢量的叠加。(2)根据显微硬度阵列法所得数据可知,切面锤击痕有明显强化效果;相同锤击行程下,抵紧面锤击痕显微硬度阵列的硬度值高于切面锤击痕;锤击后切面和抵紧面显微硬度阵列的横纵向数据连续性较好,显微硬度阵列硬度值的分布符合规律,该方法设计合理且切实可行,为深入研究锤击塑性区强化效果提供了新的思路。(3)自主设计的新型划线设备实现了划线间距从200μm到100μm的突破,划线的直线度和网格标准度均大幅度提高,设备稳定性和操作灵活性也得到一定程度的提高;纯铁试样的直线度误差为3.4%,新设备划线精度较旧设备提高了72%;H13钢试样的直线度偏移量基本控制在1μm以内,直线度误差约为1%,划线精度提高了95%;随着试样硬度的提高,直线度偏移量数值越小,直线度精度越高;纯铁试样的网格点偏移量基本在5μm以内,网格标准度误差为5%,网格点偏移率较旧设备减小了75%,网格点位置精度提高60%,新设备所划网格基本接近正方形,且线间距稳定;经评估,新型划线设备能够为抵紧网格法分析塑性区应变提供较为优质、稳定的实验条件。