轴承是普遍应用于机械设施中的基础件产品,被誉为“工业的关节”,在现代工业和制造技术中占有重要地位,其表面性能和轴承的服役长久密不可分,也是整套机械装备可靠性的保证。轴承表面的性能与微观组织的变化息息相关,前者是后者的宏观反应。在传统滚挤压技术基础上发展而来的超声滚挤压技术,具有小摩擦力、细化晶粒、高效等众多优点,同时在轴承表面形成压应力。本文以轴承材料为研究对象,通过超声滚挤压加工工艺,研究了超声滚挤压工艺对工件表层晶粒细化的影响。基于超声滚挤压加工原理,对具有高层错能BCC结构的42CrMo钢表面的塑性变形基于位错理论进行晶粒细化机理的分析,试样经过4%硝酸酒精溶液腐蚀后观察微观组织的变化,发现原始粗大的微观结构变得细小而致密;经过饱和苦味酸的腐蚀后发现表面晶粒变得细小而均匀,从外向内晶粒尺寸逐渐变大接近基体晶粒大小,为后续的仿真与试验奠定理论基础。基于金属塑性成形规律,采用Defrom-2D软件建立42CrMo轴承套圈超声滚挤压有限元仿真模型,仿真了不同加工参数(频率、主轴转速、静压力、振幅)下轴承套圈表面层晶粒尺寸的变化情况,并分析不同工艺参数对套圈表层晶粒变化的影响规律。基于超声滚挤压42CrMo轴承材料的试验,取样经苦味酸腐蚀后在电镜下观察采集不同位置的晶粒分布图,通过Image Pro Plus图像分析软件求取晶粒尺寸的平均值,分析不同参数对晶粒尺寸和细化层深度的影响规律。结果表明:工件表层晶粒尺寸随着层深度的变大而变大;工件表层晶粒尺寸随着转速和振幅的变大先减小后逐渐变大;随着静压力的逐渐增大而减小,随进给量的增加而增大。这和仿真结果分析不同参数对晶粒大小的影响规律基本吻合。通过显微硬度仪、粗糙度仪和X射线应力测量仪分别测量工件的相关表面性能,发现经过加工后的工件表面粗糙度、显微硬度和残余应力均有显著的变化,证明了超声滚挤压工艺可以有效的提高轴承表面的性能。