S32205双相钢因兼有铁素体和奥氏体两相组织,它将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性,与铁素体不锈钢所具有的耐氯化物应力腐蚀以及高强度性能相结合,使其具有优良的耐蚀性和高强度等诸多优异性能。因此,双相不锈钢适于多种用途,如化工、能源以及核工程等领域。喷丸技术可改善材料表面性能,从而可进一步拓展其应用。本文通过改进传统喷丸技术、结合XRD分析方法研究了双相钢喷丸残余应力、形变组织结构以及表层力学行为等。分别采用复合喷丸、应力喷丸等技术对双相不锈钢进行喷丸强化,结果表明这些工艺相对于传统一次喷丸,明显提高了喷丸残余压应力水平。例如喷丸强度0.30mmA的一次喷丸,铁素体表面残余压应力为-822 MPa,且为层深残余压应力最大值。奥氏体表面残余压应力为-890 MPa,但最大残余压应力为-936 MPa位于层深25μm处,两相残余压应力分布层深分别约为300μm和200μm。采用喷丸强度0.30mmA(第一次)+0.15 mmA(第二次)的复合喷丸,两相表面残余压应力则分别提高到-835 MPa和-913 MPa。铁素体最大残余压应力仍处在表面,奥氏体层深25μm处的最大残余压应力则提高至-967 MPa,其两相残余压应力分布层深分别与一次喷丸接近。采用0.18 mmA传统喷丸以及喷丸强度相同的450 MPa预应力喷丸,两种工艺中铁素体最大残余压应力分别为-719 MPa和-1010 MPa,而奥氏体对应的最大残余压应力为-849MPa和-1189 MPa,且两相残余压应力分布层深因预应力加载而增大。预应力喷丸具有更明显的强化效果。利用原位X射线应力分析研究了残余应力的高温松弛行为,基于Zener-Wert-Avrami方程计算了铁素体和奥氏体喷丸残余应力松弛激活能分别为178 KJ/mol和116 KJ/mol。结果表明加热温度越高,两相残余应力松弛越明显,且铁素体喷丸残余应力稳定性高于奥氏体。借助原位拉伸X射线应力分析研究单次加载和循环加载表明外载荷越大,残余应力松弛越明显。通过研究残余应力与循环次数对数的线性关系,发现在相同循环载荷下,铁素体喷丸残余应力具有更高的稳定性。基于X射线衍射全谱拟合分析方法研究了S32205双相钢喷丸强化层的组织结构。Rietveld结构精修结果显示喷丸表层铁素体和奥氏体晶块减小、显微畸变增大、位错增多、综合层错率增加等。对数正态分布函数分析表明在相同喷丸工艺条件下,喷丸表面奥氏体具有更细小的晶块尺寸,且喷丸表层中奥氏体形变细化组织结构层深小于铁素体。奥氏体质量分数含量在喷丸强化后没有发生明显的减少。XRD单线条法研究了应力喷丸表层,发现预应力促使两相的组织结构形变更加明显。利用原位X射线衍射分析并结合Rietveld全谱拟合中各向同性模型,研究了喷丸铁素体和奥氏体晶块大小与显微畸变在高温中随时间的变化规律。并计算得出铁素体和奥氏体热松弛激活能分别为189 KJ/mol和203 KJ/mol,晶界迁移激活能分别为216 KJ/mol和242 KJ/mol。结果表明,温度越高两相回复再结晶越明显,且奥氏体喷丸组织结构稳定性高于铁素体。通过原位拉伸X射线应力分析技术,获得了S32205双相钢表面两相在喷丸前后各自的等效应力-等效应变曲线以及表面屈服强度,结果表明在同一喷丸条件下,铁素体和奥氏体表面屈服强度分别提高122%和131%,奥氏体屈服强度的提高率更高。喷丸表面屈服强度的增加与残余压应力、形变细化组织结构有关。通过显微硬度测量可知,在喷丸强度为0.30 mmA+0.15 mmA时,其显微硬度可达基体显微硬度的200%。双相钢的喷丸强化主要体现为残余压应力强化和组织结构强化两方面。