ZG20Si Mn合金钢因其本身具有优异的锻造性能以及机械加工性能,在现代工业各领域得到了十分广泛的应用,如大型水轮机主轴、横梁、缸体、活塞柱筒等零件。鉴于该类零件使用工作状况处于高速重载,环境相对恶劣的情况下,表面易出现腐蚀、磨损、裂纹等严重影响机器设备安全的隐患,且该类设备维修难度大,成本高,故提高ZG20Si Mn合金钢的抗疲劳性、表面特性以及耐磨性等具有重大研究意义。本文首先采用ABAQUS建立超声滚挤压有限元仿真数值模型,提取并求解不同加工参数条件下残余应力值和等效塑性应变,讨论分析不同加工参数对其影响规律。通过使用华云豪克能HVMG500系列的超声滚挤压立式加工中心对ZG20Si Mn合金钢超声滚挤压强化处理;选取工艺因素:挤压力、下压量、振幅、加工次数,进行强化试验加工。强化后对试样利用维氏硬度测量仪、粗糙度仪、X射线粉末衍射仪等分析仪器对强化试样进行表层特性分析。而后使用MMG-10型摩擦磨损试验机,通过光学读数精密天平、扫描电子显微镜对原始试样及强化试样的磨损量、摩擦系数和表面磨损形貌进行了对比分析,探讨该种强化工艺对材料的耐磨性效果。主要研究结果如下:经过超声表面滚挤压处理后,表层置入全部为残余压应力,并且相对于下压量的变化,挤压力对残余应力的影响深度更匀称,并随着工件表层深度压应力增大而减小,表层被引进较大值的残余应力,残余应力为-349.8MPa,并在表层1.5mm内以残余压应力为主;通过不同挤压力试验测得的残余应力值,试验值测得最大为-385.04MPa,与模拟误差为9.15%,仿真结果和试验结果存在的误差在符合范围内,表明有限元模型的正确性;随着挤压力的增加,残余压应力表层厚度也增加;通过不同参数对等效塑性应变程度,来表征材料的加工硬化程度。通过对试验结果的正交分析计算,得出挤压力、下压量、振幅和次数等工艺参数对表面硬度和表面粗糙度的影响主次规律。得到较优表面硬度的工艺参数为:挤压力0.5MPa、下压量0.5mm、振幅4μm、加工4遍;得到较低的表面粗糙度的工艺参数为:挤压力为0.5MPa、下压量0.5mm、振幅8μm、加工4遍。通过对原始试样与超声表面强化试样的摩擦磨损试验,对磨损前后失重量变化、摩擦系数等来评价材料的耐磨性,试样磨损后的形貌进行观察与分析。在相同的磨损条件下,超声强化处理试样较原始试样摩擦系数降低了37.75%,磨损量仅为0.1053g,重量减少3.7倍,接触表面磨损未见明显沟壑;同时磨损形式也产生了巨大变化,由起初磨损程度较为严重的粘着和疲劳磨损过渡到轻微的磨粒磨损,显著提高耐磨性能。对不同挤压力下的试样的磨损试验分析得到,挤压力为0.30MPa时,磨损量和摩擦系数最低,材料耐磨性能呈现最好。