GCr15轴承钢作为最常用的轴承钢之一,具有良好的综合力学性能,并被广泛应用于精密机床主轴、内燃机和矿山机械等领域。因其工作环境特殊,会使零部件长期在交变载荷、高速和腐蚀等苛刻条件下工作,对零部件的寿命、可靠性和耐腐蚀性等是非常严重的考验,因此对GCr15轴承钢的性能提出了更高的要求。传统强化处理的GCr15已经无法满足当下严苛的工作性能要求,而超声表面强化技术,作为新兴的表面强化技术,具有传统表面强化处理无法比拟的优势,拥有广阔的应用前景。本课题以超声强化处理与热处理的结合为切入点,以超声仿真模拟为辅助,结合超声加工工艺参数的改变,研究其对GCr15轴承钢表面完整性的影响规律和影响机理。利用扫描电镜、材料表面三维织构形貌采集系统、金相显微镜探究超声滚压后GCr15表面三维形貌以及微观组织的影响机理。发现淬火试样内部由于马氏体的交错分布,马氏体中微裂纹的存在,贝氏体和多边形奥氏体晶粒的不规则分布,使得淬火试样更容易发生位错和滑移,晶粒细化效果比未淬火试样更好。未淬火试样有较厚的细化层,由于塑性变形较大,具有明显的流变结构。通过维氏显微硬度仪和小型表面粗糙度测量仪来分析不同超声滚压加工参数和热处理对GCr15表面硬度、表面粗糙度的影响。当静载荷和滚压次数较小时,超声滚压对淬火试样表面具有较好的削峰填谷效果,导致淬火试样的粗糙度小于未淬火试样的粗糙度。静载荷和滚压次数较大时,淬火试样的粗糙度大于未淬火试样的粗糙度。由于淬火试样硬度高,塑性差,后续冲击引起的塑性变形不能填补之前冲击产生的空穴,从而形成凸出和沟槽,增加了表面粗糙度。未淬火试样的硬度远低于淬火试样,这是由于淬火试样具有较好的晶粒细化效果。通过ABAQUS仿真模拟软件、残余应力检测仪和X射线衍射仪分析在不同超声加工参数和热处理下GCr15表层残余应力和深度方向残余应力的分布规律,并将盲孔法表面残余应力的检测结果与仿真模拟结果以及XRD分析结果进行对比验证,确保仿真模拟结果的准确性和结果推论分析的科学性。结果表明:在小静载荷或少滚压次数下,由于塑性变形较大,淬火试样的初始残余压应力大于未淬火试样的初始残余压应力。随着静载荷和滚压次数的增加,大塑性变形引起的未淬火试样的残余压应力比热处理和塑性变形引起的淬火试样的残余压应力大且深。通过三电极电化学工作站分析不同超声滚压参数及热处理对GCr15耐腐蚀性能的影响规律。研究表明:超声滚压可以提高GCr15的表面完整性和耐蚀性。淬火试样的耐蚀性优于未淬火试样。得出的最优工艺是对淬火后GCr15钢进行小静载和少滚压次数的超声滚压,静载和滚压次数分别为1000 N和3次。