超声空化改性是利用超声作为能量源通过作用于液体介质产生的空化泡溃灭释放的冲击波或微射流不断撞击金属材料表面,引发材料表面发生强烈塑性变形以期实现对材料表面的改性。与常见的电镀、熔融改性方式不同,超声空化改性是一种只针对材料自身表面在不引入外界新物质的基础上通过机械手段得到的新型改性方式。为了对超声空化改性的机理做全面深入的研究,本文分别建立了微射流和冲击波对材料的冲击模型并对形成的残余应力场做了数值模拟,最后分析了超声空化改性的工艺参数对材料组织性能的影响规律并进行了相关试验研究。本文从超声空化相关理论知识点出发,对空化机理和空泡动力学作出介绍。探讨了超声空化泡溃灭冲击对材料产生的塑性变形和残余应力机理,以及对材料表层晶粒尺寸变化的影响。利用ANSYS/LS-DYNA和ABAQUS软件分别建立了 AZ31B镁合金微射流和冲击波的有限元模型,对材料造成的冲击压力和残余应力场进行仿真模拟,研究了不同液体环境、不同冲击速度的微射流及不同峰值压力的冲击波对材料产生冲击压力和残余应力的影响,获得了不同参数下材料表层残余应力的变化规律并对表层晶粒的运动做了分析讨论。本文对AZ31B镁合金进行了超声空化改性试验,获得了超声时间、与工件距离、超声振幅等工艺参数对试件表面硬度、粗糙度和表层晶粒尺寸大小的影响,得到各参数作用下的变化规律和最优工艺参数组合,又对超声空化试验处理后的试件表面凹坑深度进行测量,揭示了超声空化改性中对材料表面粗糙度的影响机理。为了对AZ31B镁合金超声空化改性的液体环境进行探索,通过在煤油中进行对比试验,讨论了不同介质下超声空化改性对试件表面硬度、粗糙度和表层晶粒尺寸大小的影响规律。