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316L奥氏体不锈钢具有优异的耐蚀性、工艺性和可焊接性,并且综合力学性能良好。由于该材料所制成的零部件在使用过程中,所承受的载荷主要作用于其表面,零件之间的相对滑动容易造成表面材料的迁移,使得零件失效或破坏。同时,在承受动载时对其疲劳性能也有一定的要求。因此,在提高其耐磨性能的同时要兼顾其疲劳性能。本文通过综合对比分析金相组织、显微硬度、化学元素分布及微观组织形态,探究超声表面滚压处理(Ultrasonic Surface Rolling Processing,USRP)对316L奥氏体不锈钢高能离子注渗工艺(High Energy Ion Implantation,HEII)的影响及强化机理;基于316L奥氏体不锈钢的服役条件,分别对高能离子注渗处理的试样(HEII试样)和超声表面滚压复合高能离子注渗处理的试样(USRP+HEII试样)进行了常温干滑动摩擦磨损试验及疲劳试验,探究了超声表面滚压复合高能离子注渗处理试样的耐磨性能及疲劳性能。研究表明,USRP+HEII试样的注渗层深度达到100μm,且其表面硬度达到494HV,相较于HEII试样分别提高了100%和57.8%。在交变载荷的作用下试样表层组织由于孪生和位错运动的协调作用而发生塑性变形,表层晶粒在位错缠结和位错墙与孪晶的交互作用下演变为纳米晶。表面晶粒纳米化使得晶界面积显著增大从而促进了离子的注渗。经摩擦磨损数据分析表明,与HEII试样相比,USRP+HEII试样的摩擦磨损系数和磨损质量在不同转速和不同载荷的作用下均处于较低水平,表现出较好的耐磨性能。随着转速的增加,HEII试样的主要磨损机制由氧化磨损转变为疲劳磨损,而氧化磨损和粘着磨损始终是USRP+HEII试样的主要磨损机制。此外,随着载荷的增加,HEII试样的主要磨损机制由氧化磨损转变为磨粒磨损。对于USRP+HEII试样,氧化磨损始终是其主要磨损机制,但在较高载荷的作用下出现了疲劳磨损的现象。经疲劳试验分析发现,在同一循环次数下,USRP+HEII试样所能承受的最大应力值相较于HEII试样明显增加。当循环次数为1×10~6时,USRP+HEII试样所能承受的最大应力值为相比HEII试样提高了26.3%,而当循环次数为1×10~4时,提高了12.2%。此外,在疲劳试验中,梯度纳米结构的存在能够抑制试样表面裂纹的萌生,从而使得疲劳裂纹源数量减少。