为了实现3J33马氏体时效钢表面晶粒超细化和改善其表面耐磨性能,本文在研究3J33马氏体时效钢塑性变形量对再结晶温度影响的基础上,探索冷轧、喷丸、激光表面淬火等表面晶粒超细化工艺,利用循环细化加激光淬火、冷轧加激光淬火以及喷丸加激光淬火复合处理技术实现了3J33马氏体时效钢表面晶粒超细化;借助光学显微镜、扫描电镜、透射电镜以及X射线衍射等分析手段对3J33马氏体时效钢组织结构进行了分析,最后对超细化马氏体时效钢硬度、摩擦磨损等性能进行评价。研究结果表明,3J33马氏体时效钢冷轧变形以后,晶粒沿轧制方向被拉长,出现了纤维状组织;由于加工硬化效果,随着塑性变形量增加,硬度上升;再结晶温度随着变形量的增加而降低,从无变形时的900℃降低到变形量80%对应的730℃,此时再结晶温度已趋于稳定。喷丸工艺研究结果表明,增大喷丸压强,选用直径较大的丸粒,适当地延长喷丸时间,可以获得层深较大且变形强度较大的表面塑性变形层;观察变形层组织可知,随着喷丸时间和强度的增加,表层从有一定取向性的变形变为较均匀的塑性变形;经过喷丸处理后,从表层到芯部的显微硬度值随深度加深而递减,直到基体未变形区硬度值才趋于稳定。在激光淬火处理过程中,提高激光输出功率、降低激光扫描速率使激光表面淬火淬火层深度增加。在循环细化、大变形量冷轧以及表面喷丸处理的3J33马氏体时效钢表面分别进行1000W、4800mm/min三次激光淬火处理,可以在合金表层获得尺寸为0.2μm~1μm的超细晶。表层显微硬度显著提高,硬度值在HV550kgf/mm2左右。3J33马氏体时效钢表面超细晶层时效研究结果表明,晶粒超细化可以加速时效过程,并且时效处理可以使表面超细晶层硬度进一步提高。表面细晶层时效处理后耐磨性比未经表面超细化处理的时效态3J33马氏体时效钢耐磨性更好。