材料表面结构和性能直接影响材料的使用寿命,利用表面强化技术提高材料表面性能意义十分明显。超声冲击处理是一项新型的表面形变强化技术,广泛应用于零件的焊后处理,提高材料的抗疲劳性能。随着核电工业的高速发展,核电站的安全问题也日益备受关注。本实验将超声冲击技术用于核主泵常用制造材料—AISI304奥氏体不锈钢大平面的强化处理工作,延长其使役寿命,确保核电站安全持续运转。本实验对原有HJ-III型超声冲击设备进行了改进,通过导向套和弹簧的应用,解决了冲击头对外加载荷过于敏感的问题；改进后冲击枪可方便的与其它设备配合,实现机械化的自动操作,使材料表面得到持续、均匀、高效的表面强化处理。利用改进后的超声冲击设备,在机械化操作条件下对304不锈钢试样进行不同时间的冲击处理。利用表面粗糙度仪、显微硬度仪、光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X-射线衍射仪、摩擦磨损试验仪、电化学工作站等设备对冲击处理前后试样的组织结构及性能进行观察和测试。结果表明,超声冲击处理后的试样表面粗糙度优于线切割得到的表面,在持续冲击时间为6min/cm2时达到最佳,粗糙度Ra值最小为0.582μm。经超声冲击处理的AISI304奥氏体不锈钢表面产生了剧烈的塑性变形,表面形成了一定尺寸的纳米晶层,并伴随有形变诱发马氏体的生成。处理时间增加,试样表面平均晶粒尺寸变小,形变马氏体量增加,冲击时间为24min/cm2时不锈钢表面平均晶粒尺寸达到最小为17.3nm,相变α’-马氏体量达到最大100%。超声冲击处理后,不锈钢试样表层硬度值提高到450HV,随距冲击表面距离的增加,硬度值逐渐变小,直到达到基体水平。冲击时间对硬化层厚度的影响与塑性变形层厚度的变化规律一致,冲击作用时间越长,变形层及硬化层越深,但加深速度变缓。超声冲击处理在试样表层引入了有益的残余压应力,最大值约为-850MPa,压应力层深度可到1000μm。超声冲击处理使AISI304不锈钢的耐摩擦磨损性能有一定提高,摩擦系数变小,摩擦轮廓变浅而窄。超声冲击处理对AISI304不锈钢试样在硼酸溶液中的电化学腐蚀性能影响不大。