在服役环境下,金属材料的疲劳破坏多始于表面,而在材料上制备出一定厚度的纳米结构表层,即实现表面纳米化,就可以通过表面组织和性能的优化提高材料的整体性能和服役行为。这种表面纳米化技术在工业上具有非常广泛的应用前景。本文在前期研究工作的基础上,采用由超声喷丸纳米化技术处理的316L不锈钢试样,对纳米化前后的试样分别进行了表层显微组织、表层裂纹观察、疲劳试件纵剖面形貌分析、拉伸实验、疲劳试验、扫描电镜SEM观测、残余应力测定、ANSYS有限元模拟等,对表面纳米化疲劳机理进行了研究,并对疲劳性能的影响因素进行了较为细致分析研究,得出的结论如下:1、超声喷丸表面纳米化使组织形貌发生变化,表面晶粒细化。超声喷丸后,316L奥氏体不锈钢的表面形成等轴、取向随机、晶粒尺寸约为15～20nm的纳米晶,同时在表面发生马氏体(α)相变,表层结构是奥氏体(γ)和马氏体(α)两相组成的纳米晶组织。2、超声喷丸样疲劳裂纹主要是在试样次表面(纳米层与基体层交界处的过渡变形层)萌生,多发生在气孔或夹杂处,位置大约在60-80μm深度处。3、疲劳试验测得316L不锈钢喷丸后是喷丸前疲劳寿命的1.29～1.45倍,疲劳寿命大幅度提高。4、ANSYS疲劳分析结果表明超声喷丸纳米化模型B的寿命是未喷丸模型A的1.41倍。5、经超声喷丸处理表面纳米化的材料的屈服强度σ_s与抗拉强度σ_b均提高,有利于提高表面的疲劳强度,而纳米层的显微组织结构改变和残余压应力是316L不锈钢疲劳寿命大幅度提高的直接原因。