在本论文研究中,根据生物耦合现象及仿生耦合理论来创建仿生耦合抗疲劳模型,利用激光制备技术在灰铸铁表面模仿生物体表形态加工仿生耦合单元体,使加工的仿生耦合单元体按生物体表的形态规律组合,与铸铁表面形成类似生物体表形态的非光滑表面,来实现提高铸铁的抗热疲劳性能的目的。本文重点研究了激光加工后仿生耦合单元体的形态结构、单元体区域的相组成和显微组织特性,研究了不同石墨形态和不同碳含量基体组织对仿生耦合铸铁抗热疲劳性能的影响规律;另外,通过选取HT200作为研究对象,考察单元体与基体表层连接结构形式、单元体分布密度、单元体与热裂纹扩展方向所呈角度等单元体形态因素对仿生耦合铸铁抗热疲劳性能的影响规律。研究发现,激光制备的单元体组织较基体组织明显改变,由熔凝区和相变区组成,分布于仿生耦合处理表面的单元体不仅能提高热疲劳裂纹萌生抗力,而且有效抵御了热疲劳裂纹的扩展,显著提高了铸铁的抗热疲劳性能;不同单元体的分布形态(包括单元体与母体表层连接结构形式、单元体的分布密度、单元体分布与热裂纹扩展方向所呈角度)对热疲劳性能的影响不同;不同基体组织(包括不同碳含量、不同石墨形态)仿生耦合处理表面对热疲劳裂纹萌生和扩展的阻滞效果不同,抗热疲劳性能不同。