超声冲击加工(Ultrasonic impact peening,UIP)是一种广泛应用的冷表面处理技术,普遍应用于提高焊接金属零件的疲劳寿命,降低残余应力。利用高能冲击头对工件表面的高频冲击作用,可以消除工件表面表层有害的残余拉应力,引入残余压应力,从而提高了工件的机械性能和力学性能。此外,通过提高冲击振幅可以在加工表面产生永久性塑性变形,同时配合精密运动台对加工路径进行控制,有望实现高精度功能表面微织构的加工。然而,对于超声冲击加工过程中材料的变形和应力变化情况还不清楚。揭示材料变形和应力变化等相关机制,对探索超声冲击加工微织构的可行性具有重要意义。本文提出一种利用超声冲击加工技术在不锈钢表面进行微织构制备的加工方式。通过理论、仿真与实验相结合的方式,揭示了超声冲击加工微织构的材料变形与应力分布机制。首先超声冲击加工过程进行理论分析,得到描述加工微织构表面形貌和接触应力的表达公式;通过ABAQUS建立超声冲击有限元仿真模型,对316L不锈钢表面微织构加工过程进行数值分析;搭建超声冲击加工实验装置,进行压痕实验与单沟槽微织构超声冲击加工实验。利用超声冲击有限元仿真模型,研究预压力、冲击球振幅和进给速度对超声冲击加工后的沟槽形貌、表面残余应力、不同深度残余应力以及沟槽底部材料硬度的影响规律,获得优化的316L不锈钢表面微织构超声冲击加工的工艺参数。分别采用超声冲击与椭圆振动金刚石切削技术在不锈钢表面加工相同形貌沟槽阵列微织构,对两种加工方式获得的不锈钢微织构表面进行摩擦性能对比,并分别建立超声冲击与椭圆振动金刚石切削的二维有限元模型,对影响两种加工方式获得试样表面摩擦性能不同的原因进行研究。综上所述,采用超声冲击加工不锈钢表面沟槽微织构具有设备成本低,加工沟槽阵列微织构表面光滑、沟槽一致性好、沟槽过渡平缓、减摩擦性能好等优点。采用超声冲击的方法来进行不锈钢表面微织构加工具有很好的优越性。本文的工作对采用成熟的超声冲击加工技术在不锈钢黑色金属上低成本制备精细微织构具有一定的指导意义。