316L不锈钢具有优越的耐腐蚀、抗氧化性能和良好的传热性能,是生产核电用蒸汽发生器、水电用水轮机等发电机组关键部件的重要材料,然而,由于复杂的服役环境以及316L不锈钢硬度小、耐磨性差的缺点,导致了应力腐蚀、气蚀失效现象愈加频繁,大大降低了发电机组的使用寿命。磨料水射流表面强化作为一种基于形变强化机制的新型表面处理技术,具有应力集中现象少、强化区域全覆盖、成本低等多个鲜明特点,有望提升316L不锈钢的硬度和耐磨性,进而提高发电机组部件的运行可靠性和使用经济性。因此,本文面向316L不锈钢材料开展了磨料水射流表面强化机理、工艺优化和质量提升策略的研究。通过对比磨料和连续水相对工件的冲击特性,结合水介质薄膜的浸润作用,研究磨料-水的耦合强化机理,以表面硬度和表面粗糙度作为强化质量指标,分析工艺参数对强化质量指标的影响规律,构建磨料水射流强化质量指标回归预测模型,以实现工艺参数组合的优化,在此基础上对多级能量递减强化、间接强化这两种强化质量提升策略进行了试验研究与可行性分析。本文的主要内容如下:（1）射流流场仿真与磨料-水的耦合作用机理研究。基于流体力学理论模型,分析磨料水射流的基本流场特性,基于喷嘴内外流场仿真模型,分析不同参数条件下磨料与水在内外流场的速度分布规律,构建磨料和连续水相对316L工件表面的冲击作用模型,分析磨粒与水对316L表面的耦合作用机制,明确了磨粒对工件的形变强化起主导作用,分析了水介质吸附薄膜的浸润与冷却效应对磨粒冲击作用产生的正负影响。（2）工艺参数对强化质量的影响规律研究。分析射流强化前后工件微观形貌和宏观特性的变化情况;基于工件表面强化区域的分布特征,构建最佳进给量回归预测模型,为多道射流强化的进给量提供指导;分析系统压力、靶距、横移速度及处理次数对强化质量指标的影响规律。具体表现为:强化质量指标值随系统压力、处理次数的增加而增大,随靶距、横移速度的增大而减小。（3）基于遗传算法的表面强化工艺优化研究。基于单因素试验结果对正交试验的工艺参数组合进行优化,基于强化质量回归预测模型构建面向强化质量指标的多目标优化模型;基于多目标遗传算法,求解各项强化质量指标对应的最优Pareto解集。（4）磨料水射流强化质量提升策略研究。以表面粗糙度指标的主影响因子、介质层厚度和材质作为参数变量,分别探究多级能量递减强化、间接强化对工件强化质量的综合提升效益;分析了间接强化中介质层的作用机制,并将直接强化与间接强化、多级能量递减强化进行两两对比,以验证后两种质量提升策略的可行性和优劣性。