气体渗氮和喷丸处理是两种常见的材料表面强化处理方法,气体渗氮因设备简单,适应范围广,操作方便被广泛应用;喷丸强化技术能在工件表层产生剧烈的塑性变形、细化材料表层组织结构、并且产生较大的残余压应力,是提高材料表面服役性能的有效手段。本文以42CrMo钢为研究对象,研究了气体渗氮与喷丸复合改性工艺及改性层的组织和性能,探索两种工艺复合以进一步提高材料性能的可能性。本文首先研究了渗氮工艺参数对42CrMo钢组织结构的影响,发现氮势低于生成化合物层的临界氮势时,样品表面主要是α-（Fe,N）相,氮势提高时样品表面生成ε-Fe_2-3N和γ’-Fe₄N相,氮势提高和渗氮时间增加都能增加扩散层和化合物层的厚度,当发生γ’-Fe₄N相向ε-Fe_2-3N相的转变时,化合物层的厚度增加不显著。随后研究了不同表层相结构样品的硬度、韧性以及有效硬化层深度,发现高氮势样品表面的硬度大幅提高,但韧性恶化,且随着渗氮时间的增加,ε-Fe_2-3N相与γ’-Fe₄N相的比例增加,硬度进一步提高。相同渗氮时间时,氮势越高,氮活度越大,氮的内扩散动力越大,渗氮效率越高,有效硬化层深度越大。之后选取了有效硬化层厚度相同的有化合物层和无化合物层样品分别进行喷丸处理。发现化合物层样品在喷丸处理后,产生垂直表面的贯穿裂纹,韧性大幅恶化,表面硬度也有所降低。无化合物层样品喷丸处理后,表层的晶粒有所细化,表层产生大量变形,表面硬度提升约40 HV0.2,且距离表面约80μm的区域硬度均有所提高,且表面韧性较好。研究复合改性层残余应力的状态及分布,发现样品在渗氮和喷丸处理之后均能在材料表层产生较大的残余压应力。有化合物层样品由于生成了ε-Fe_2-3N和γ’-Fe₄N的混合相,其比容更大,所以表面残余压应力值比无化合物层的样品更大。而在喷丸处理之后,由于喷丸产生的残余压应力和渗氮产生的残余压应力的叠加效应,表面残余压应力值、最大残余压应力值以及残余压应力的层深值均比单纯渗氮处理样品提高了一倍以上,且最大残余压应力层深值也增大。最后重点研究了不同工艺处理后的样品的耐磨损性能,并结合强韧性和残余应力探讨了复合改性工艺提高磨损性能的机理,发现载荷低于200 N时,样品均为粘着磨损,无化合物层样品喷丸处理后提高了表面硬度,耐磨性有所提高,有化合物层样品硬度最高,耐磨性最好。载荷在200³50 N时,化合物层样品由于表层化合物层剥落,由粘着磨损变为磨粒磨损,耐磨性急剧下降。当载荷高于350 N时,样品呈现疲劳磨损,无化合物层喷丸处理样品由于提高了硬度,同时也产生了很大的残余压应力,其具有最好的耐磨损性能。