316不锈钢是具有面心立方结构晶格的典型的奥氏体不锈钢,因其强度高、耐高温、耐腐蚀等优异性能而广泛应用于诸多领域,但其抗疲劳性能不佳,限制了其在极端严苛工况下的应用。实际生产中,往往利用喷丸、滚压等表面机械强化手段,使316不锈钢变为梯度结构材料,提升其强度和韧性,从而改善疲劳性能,延长疲劳寿命。本论文研究了低周疲劳过程中316奥氏体不锈钢表面形貌和微观组织的演化,以及不同的梯度结构层和应变幅值对表面形貌和微观组织的演化规律的影响。对试样进行喷丸强化,通过改变喷丸覆盖率在材料表层引入不同的梯度结构层;随后在不同的应变幅值下进行拉-拉低周疲劳试验;通过应力幅值曲线设计中断疲劳试验,确定了中断周期节点为N=0、100、500、N_i;针对不同的中断周期节点,借助扫描电镜、三维形貌测量系统、原子力显微镜,对试样表面的固定区域进行表面形貌、粗糙度、滑移带高度的测量与分析;进一步分析由电子背散射衍射技术拍摄得到的数据,从花样质量、晶体取向、晶粒平均取向变化、几何必须位错密度等角度,研究了316奥氏体不锈钢微观组织的演化。本文得出的主要结论如下:1)疲劳过程中不同试样的循环应力幅值曲线均呈现先上升后缓慢下降的趋势,即先循环硬化,再循环软化。循环应力幅值随着覆盖率和应变幅值的增加而增大,在高应变幅值下,试样在疲劳失效前出现二次硬化。2)对于含梯度结构的试样,疲劳寿命与喷丸覆盖率成正相关;随着疲劳周期的增加,试样各区域的表面粗糙度、滑移带高度、马氏体相含量、塑性变形程度、位错密度、小角度晶界含量等均增大,但强变形层相较于心部区域变化更为剧烈,晶体取向更为无序。3)对于不同应变幅值下的疲劳试样,疲劳寿命与应变幅值成负相关;随着疲劳周期的增加,试样的粗糙度、滑移带高度、塑性变形程度等变化有着相似的趋势,但在高应变幅值下,试样的各参数的变化较慢。4)在裂纹萌生阶段,相较于强变形层,在心部观察到滑移带的数量更多、高度更高,这表明此时心部区域的晶粒内出现了较大的应力集中,有利于后续裂纹形核过程,因此裂纹更容易在心部较高的滑移带中萌生。本课题的开展,旨在研究316奥氏体不锈钢的微观组织在裂纹萌生过程中的演化规律,以及梯度结构和应变幅值对其演化规律的影响,为该材料的工业应用奠定理论基础。