在科学技术飞跃发展的今天,马氏体时效不锈钢因其十分优异的综合性能被广泛地应用在各个领域,但是新技术的需求与应用对其提出了很大的挑战,不仅服役条件更加苛刻,对其力学性能有了更高的要求,而且对其节能、环保等社会效益提出了新的挑战。由于当前针对马氏体时效不锈钢疲劳性能相关研究报道十分少见,及实际应用的迫切需求,因此对马氏体时效不锈钢疲劳性能的研究与探讨具有重要意义。本文以马氏体时效不锈钢为实验研究对象,通过对其热处理工艺的优化与相关参数的调整,获得了1900MPa级马氏体时效不锈钢的最佳热处理工艺:首先在1050℃固溶1h,之后在液氮中深冷8h,最后在500℃时效12h。利用三维原子探针和透射电镜对峰时效态马氏体时效不锈钢第二相粒子的分布与形态进行了观察和分析,进一步分析与研究了马氏体时效不锈钢峰时效态中的三种析出相(富Cr相、富Mo相及Ni(Ti,Al)相)对材料力学性能的作用机制。利用超声疲劳试验机对峰时效态马氏体时效不锈钢的疲劳性能进行了研究与分析。根据获得的S‐N数据,分别计算了不同失效条件下Basquin公式中的疲劳强度系数和指数,并对相关曲线进行了拟合。利用扫描电镜与激光共聚焦显微镜观察了疲劳断口形貌特征,基于对疲劳试样断口的观察和分析,提出了超高周内部基体起裂新模型,并利用疲劳断口特征尺寸的统计与计算结果再一次验证了该模型的可靠性。最后,针对超声疲劳过程中的热效应进行了相关研究,发现表面裂纹起裂试样的烧蚀现象更为严重,相对来说内部基体起裂试样的烧蚀现象较轻微,且烧蚀的起点位置均在断口两侧几乎对称的位置。双表面裂纹源断口在裂纹交汇处的烧蚀更加严重,而在单表面裂纹源断口上则出现了两条与裂纹扩展方向相垂直的烧蚀线。经计算分析初步认为,内部基体起裂试样的疲劳寿命对超声疲劳过程中产生的热效应是不敏感的。