材料在服役过程中的破坏通常都是从材料表面开始的。因此,材料表面性能的改善对其性能的提升至关重要。通过表面改性技术在材料表层构筑具有一定深度的变质层,可以在一定程度上提高材料的性能。本文以未渗碳/渗碳18Cr Ni Mo7-6钢和304不锈钢为研究对象,利用后混合磨料水射流技术对合金钢进行表面强化处理,研究了不同磨料水射流工艺对合金表层组织结构、残余应力及硬度的影响并探究其强化机理。主要研究内容有:(1)通过设计正交试验,对影响强化效果的试验因素(水压、靶距、速度、进给量),做出显著性排序,用来指导下一步的工作。通过直观分析方法和方差分析,结果表明:水压、速度、靶距、进给量共同影响材料强化效果,且水压影响最大,速度其次,靶距和进给量影响较小。采用正交试验中最优工艺组合和最差工艺组合进行试验研究,结果表明,最优工艺参数组合下,表面粗糙度较低,硬度沿层深分布值优于最差工艺组合,且晶粒细化层的深度提高约28%。(2)以显著性影响较大的水压为变量进行磨料水射流试验研究,研究了不同磨料水射流工艺对未渗碳18Cr Ni Mo7-6钢的表面形貌、残余应力、硬度、物相组成以及组织结构的影响规律。经过磨料水射流处理过后的试样,在次表层都产生了较大的残余压应力值,而且发现残余应力值沿层深存在先增加后减小的趋势。三次磨料水射流工艺表面残余应力值最大值为-677 MPa,最大残余应力值所在深度为100μm。同时,三次磨料水射流残余应力分布云图更加均匀,晶粒细化层深度达到70μm。(3)研究了不同磨料水射流工艺对18Cr Ni Mo7-6渗碳钢的表面形貌、残余应力、硬度、物相组成以及拉伸力学性能的影响规律。不同磨料水射流工艺处理后,试样表面粗糙度值都会增加,三次复合磨料水射流工艺较单次磨料水射流工艺的粗糙度值更低,能进一步改善表面形貌。经光学显微镜观察试样截面,发现晶粒尺寸细化,且三次复合磨料水射流工艺处理的细化层深度更深。XRD衍射结果表明,材料表层发生马氏体相变。室温拉伸试验表明:经过磨料水射流处理的18Cr Ni Mo7-6渗碳钢屈服强度为1533 MPa,较基体提高约40.9%。(4)研究了不同磨料水射流工艺对304不锈钢强化效果的影响,并对强化机理进行了探讨。磨料水射流处理后,在材料表层形成了具有一定深度的变质层,引入了一定深度的残余应力场、硬度梯度场、晶粒细化层。试验研究发现:经过三次复合磨料水射流处理的304不锈钢材料表层残余应力最大值为-910 MPa,深度位于距离表面60μm处;通过XRD衍射发现,表面发生了奥氏体向马氏体的相变,综合拉伸试验和断口分析,三次复合磨料水射流工艺对304不锈钢具有良好的强化效果。