零件的表层改性及变质层性态是影响零件疲劳寿命的关键因素。抗疲劳制造的核心是通过合理的表层改性工艺,在零件表面形成具有一定性态的优质变质层,以提高零件在服役过程中的疲劳寿命。高压水射流作为一种新型的表层改性工艺,在变质层的生成方面具有独特的优势,日益受到学术界的关注。本文针对高压水射流表层改性齿轮钢18CrNiMo7-6的相关内容展开研究工作,主要完成了以下研究内容。在理论分析方面,对射流冲击力进行了理论推导,得出冲击力的理论值。在仿真分析方面,采用ANSYS Fluent软件,对高压水射流外流场的冲击力进行了仿真,得出冲击力的仿真值,确定了射流冲击力与射流参数之间的关系,为后续的工装夹具设计提供了理论依据。根据后续实验测得射流冲击力,修正了冲击力的理论公式,并得出结论,射流冲击力随着压力的增加逐渐增大,两者基本呈线性关系。在工艺研究方面,针对高压纯水射流,研究了射流压力、喷嘴移动速度、靶距等对齿轮钢18CrNiMo7-6的表层改性效果。根据实验结果,总结出一组最优的工艺参数:射流压力为150MPa,靶距为10mm,喷嘴移动速度为20mm/min。经过实验研究表明,在合适的工艺参数下,高压纯水射流表层改性工艺能够为齿轮钢18CrNiMO7-6进行较为明显的表层改性,使其表层引入一定幅值和梯度的残余压应力,应力变化的幅值最高可达1140.92MPa,并能将表面显微硬度在58HRC的基础上进一步提高3-4HRC。此外,开展了混合射流的工艺研究,在纯水中加入切削液,研究结果表明,液体混合射流在表面质量方面较好,但对材料表面残余应力方面效果不显著,其原因是添加切削液之后,减小了射流与材料接触面的摩擦,降低了射流冲击力,并对其原因进行了探讨分析。对射流改性形成残余应力的机理进行了研究,采用金相对比分析的方法,对比了射流改性前后的微观组织变化,渗碳之后比渗碳之前材料晶粒组织细化,表层改性后材料表面生成变质层,其厚度与引入的残余压应力层相当。