硬切削加工技术在世界各个国家发展迅猛，其加工性能目前已能达到很高的性能指标。然而，已加工表面白层和残余应力严重影响零件的使用寿命和性能，制约了其在实际生产中的推广和发展。因此，对于这一新技术，无论是在硬切削加工白层的形成机理还是残余应力特征形成机制方面进行研究均具有重要的意义。本文以GCrl5淬硬钢硬切削过程为研究对象进行了高速硬切削过程切削力、切削温度、应力、应变实验，首先利用扫描电子显微镜（SEM)、X射线衍射（XRD)等检测仪器观测了高速切削加工表层微结构特征及残余应力。其次进行了高速硬切削过程中切削参数对切削力、切削温度影响的实验研究。在此基础上研究了加工表面白层形成及其微结构特征的作用机理以及硬切削加工表层残余应力形成机理。最后基于材料学和物理学基本理论，建立了白层的预测模型。对切削参数以及各影响因素间相互作用对硬切削加工表面白层的影响进行了研究。发现白层硬度随着切削速度的增加先增大，然后略微减少，而白层厚度随着切削速度的增加而增加；加工表面在刀具后刀面无磨损时也存在白层。在白层预测模型的基础上，基于热-弹塑性理论，建立了高速硬切削残余应力分布的预测模型，并研究了不同切削参数对残余应力的影响。本文采用实验及有限元模拟相结合的方法系统地研究了高速硬切削加工表层特征，为硬切削加工技术推广应用提供理论依据和技术支撑。