车轴作为高速列车的传动与承载部件,对高速列车的安全运行有着至关重要的影响。DZ2车轴钢是我国自主研发设计的车轴材料,性能优于进口的EA4T钢。但是由于DZ2车轴钢硬度低,耐磨性差,其服役性能仍需提高。本文分别利用超声纳米表面改性（UNSM）和超音速微粒轰击（SFPB）技术对DZ2车轴钢进行表面改性处理,提高车轴的服役性能。利用超景深显微镜,NPFLEX 3D表面测量系统,X射线衍射仪,高速X-射线残余应力分析仪,HV-1000显微硬度仪,Helios G4 CX双束扫描电镜和UMT-2球盘摩擦磨损实验机等分析手段,研究了改性前后DZ2车轴钢的微观结构、机械性能和耐磨性能的变化。得到如下结论:（1）UNSM处理和SFPB处理均可使DZ2车轴钢发生严重的塑性变形,表层晶粒细化,形成晶粒尺寸呈梯度变化的表面变质层。UNSM处理四次,试样表面晶粒尺寸细化至16 nm,表面变质层厚度可达到310μm。2 MPa气体压强SFPB处理,试样表面的晶粒尺寸细化至29 nm,表面变质层厚度约为56μm。XRD分析显示两种方法的改性过程中没有发生相变。（2）UNSM处理后,试样表面加工痕迹被严重压平,粗糙度得到显著改善。晶粒细化和加工硬化使材料的表面显微硬度从220 HV0.2增加到283 HV0.2,提高了28.6%。SFPB处理后,在试样表面形成许多凹坑,粗糙度明显增大。SFPB处理同样使试样表面发生加工硬化,表面硬度从220 HV0.05增加到246 HV0.05,提高11.8%。两种方法处理后,试样的表层硬度均呈梯度变化,随着距表面深度的增加,逐渐趋于基体硬度。（3）UNSM处理和SFPB处理都可在试样表面引入残余压应力,并形成一定深度的残余压应力层。UNSM处理在试样表面引入的最大残余压应力为-703 MPa。有效深度为1500μm。SFPB处理引入的最大残余压应力为-480 MPa,有效深度为200μm。（4）UNSM处理改善了试样表面粗糙度,增大了试样表层显微硬度,导致摩擦磨损过程中摩擦系数降低,耐磨性能提高。SFPB处理使试样表面粗糙度增大,摩擦磨损过程中与对磨副实际的接触面积减小,接触点粘着严重,并且形成许多磨粒。磨损的主要形式是磨粒磨损和粘着磨损。SFPB处理试样的耐磨性能并没有得到提高,反而恶化。通过以上研究,对比了两种表面改性方法的优缺点,为DZ2车轴钢的表面强化提供必要的数据支撑,对于提高车轴等关键零部件的疲劳寿命有重要的应用价值。