超声冲击技术(UIT)可以有效改善材料的表面性能,目前研究局限于仪器参数对材料的影响,而忽略了外部温度因素。低温下材料位错运动困难、加工硬化显著,若能结合低温工艺和超声冲击技术,不但可以丰富超声冲击表面纳米化体系,而且还能提供一种新型制备超细晶材料的方法;此外,研究金属纳米块体材料的高应变速率塑性变形行为可以加深人们对于纳米材料变形机制的理解。本文首先开展316L不锈钢不同温度(25℃、-20℃、-80℃)超声冲击4道次实验研究,结合X射线衍射分析(XRD)、光学显微镜(OM)以及透射电子显微镜(TEM)分析温度对超声冲击表面纳米化机理的影响,并通过硬度测试、腐蚀试验及摩擦磨损实验等反映材料的性能。此外,还利用超声冲击技术与再结晶退火制备块体纳米奥氏体,通过不同温度(25℃、-25℃、-196℃)超声冲击处理,并结合微观组织观察以及硬度测试来表征块体纳米材料的塑性变形行为及机制。根据两部分实验分析,结论如下:(1)316L不锈钢经过超声冲击处理后,表面形成一定厚度的纳米晶层以及塑性强化层。随着冲击温度的降低,纳米晶层厚度增加伴随着塑性强化层厚度减少;低温环境易于马氏体形核,形变诱发马氏体含量增加。当冲击温度为-20℃时,试样获得比室温冲击更精细的微观结构,表层平均晶粒尺寸约20nm;(2)低温超声冲击可以降低材料的表面粗糙度,提高材料的表面硬度以及损坏材料固有优良的抗腐蚀性能。此外,316L不锈钢经过低温超声冲击处理后耐磨性能得到改善,且磨损机制也发生改变,由原来的黏着+氧化磨损转变为氧化+疲劳磨损;(3)超声冲击2道次试样最佳再结晶退火温度为600℃,此时获得的纳米奥氏体晶粒趋近于等轴状,平均晶粒尺寸约80nm;块体纳米奥氏体原样的表面显微硬度为350HV,随着冲击温度的降低块体纳米奥氏体的显微硬度得到提高,但晶粒尺寸呈现长大趋势。(4)结合金相与透射分析,可得纳米奥氏体塑性变形机制:位错运动与孪晶交割共同细化晶粒,随着冲击温度降低,孪晶界面迁移以及晶粒旋转促使晶粒长大。