锆合金有其优良的耐腐蚀性能、力学性能和可加工性能,常被应用于核工业领域和化工领域。由于材料的力学性能和耐腐蚀性能等对其表面的组织非常敏感,因此,表面纳米化是提高材料性能的有效途径。本文在研究确定工业纯锆在塑性协调变形过程中滑移系与孪晶系的基础上,采用超声喷丸对Zr-3进行表面纳米化处理,研究了表层梯度组织结构演变规律及其力学性能,为表推进面纳米化锆及其合金的应用和提供理论依据。取得的主要研究结果如下:对粗晶工业纯锆进行拉伸变形,确定工业纯锆在拉伸过程中启动的滑移系和孪晶系,及组织演化和织构演化过程。结果表明,平行于轧制方向拉伸,以柱{10（?）0}[11（?）0]滑移系为主,其他滑移系共同协调变形;垂直于轧制方向拉伸,以基面{0001}＜11（?）0＞滑移系为主,{10（?）2}＜10（?）1＞孪晶和其他滑移系协调变形。平行、垂直于轧制方向拉伸,随着变形程度的增加,应变增加,位错密度先增大后减小,小角度晶界增多。平行于轧制方向拉伸形成{0001}面平行于ND方向并向TD方向倾转30°,＜10（?）0＞平行于RD方向的织构;垂直于轧制方向拉伸形成基面织构{0001}＜10（?）0＞。本文采用超声喷丸在纯锆试样表面制备厚度约200μm的表层梯度纳米结构层,并对其显微组织进行了表征。结果表明,表面梯度纳米结构层中存在晶粒尺寸梯度、应变梯度、小角度晶界梯度和位错密度梯度。变形过程产生{10（?）2}＜10（?）1＞和{11（?）1}＜（?）（?）26＞拉伸孪晶,孪晶呈梭形,孪晶在晶界处或在晶粒内部形核并长大。在靠近基体的低应变层中,孪晶变形是主要的塑性变形机制;在靠近表层高应变下,位错滑移成为主要的塑性变形机制;随着变形量的增加,将粗晶转化为纳米晶。对表面纳米化试样进行拉伸实验,观察了表面纳米化试样的拉伸组织演化过程。结果表明,表面纳米化试样与粗晶试样相比,抗拉强度得到提高,塑性降低。表面纳米化试样在原位拉伸过程中,裂纹在梯度纳米结构层表面萌生,随着拉伸的进行,裂纹只在梯度纳米结构层扩展,不向基体内部扩展,裂纹尖端形成塑性变形区,抑制裂纹扩展;梯度纳米结构经过拉伸变形后,孪晶组织消失。粗晶试样宏观断裂方式属于正断,表面纳米化试样宏观断裂方式属于切断。