为了充分提高部件的服役寿命,诸多表面改性技术得到了广泛应用。在这些技术中,以喷丸强化、激光冲击及表面深滚技术为代表的表面冷加工强化技术,备受关注,因为它们可以利用材料表面塑性形变导致的晶粒细化,在材料表面产生一定厚度的微、纳组织。即便关于这类技术的研究日趋增多,然而对于金属材料表层微、纳组织演变机理、表层组织结构和性能之间的关系以及表层组织的热稳定性仍缺乏比较系统的研究。基于以上问题的提出,本文采用透射电子显微镜(TEM)等技术手段,深入研究了表面深滚处理对工业纯钛和2024铝合金表面及次表面微观组织形态、残余应力、热稳定性的影响机制。主要工作和结论如下：(1)工业纯钛经深滚处理,晶粒尺寸沿深度方向逐渐减小,在表面形成了分布均匀的纳米晶。晶粒细化演变机理可以分为四个阶段：孪晶的产生和交割、片晶的形成伴随着大量位错的产生、片晶进一步分解,导致亚微米级的晶粒和块状组织的形成；亚微米晶粒进一步分解形成纳米晶粒。(2)对表层细化组织的热稳定性进行了研究。当退火温度低于500℃时,表面纳米晶尺寸随着温度的增加大致不变；但当退火温度达到600℃时,表面纳米晶尺寸随着温度的增加而迅速增加。(3)工业纯钛和2024铝合金经深滚处理,表层显微硬度显著增加,从表层到基体逐渐减小。残余压应力沿着深度方向先增加后逐渐降低,另外,表面深滚处理可以明显降低材料的表面粗糙度。