镁合金因其密度小,比强度高和机械加工性能好等优点,被广泛地应用在航空航天、汽车制造、通讯电子和军事工业等领域。然而镁合金强度低、耐磨性和耐腐蚀性较差,在使用过程中表面很容易被破坏,无法起到应有的力学支撑作用。超声滚压加工可有效提高材料的综合性能,延长其使用寿命。超声滚压强化效果可以通过塑性变形层的力学性能来反映。因此,本文对AZ31B镁合金进行超声滚压强化处理,研究不同滚压遍数对AZ31B塑性变形层及其微观尺度力学行为和参数的影响,为工艺优化和镁合金超声滚压表面强化层本构关系的建立提供依据。首先,对车削和超声滚压加工后AZ31B镁合金的表面形貌和表层微观组织进行了研究,分析了不同滚压遍数对表面形貌和塑性变形层厚度的影响。结果表明,超声滚压加工后AZ31B的表面更光滑,表面粗糙度Sa和Sq分别最大降低了75.14%和74.62%。滚压从1遍增加到3遍时,塑性变形层深度大约从186μm增大到335μm。其中,最外面的晶粒细化区深度大约从56μm增大到135μm,平均晶粒尺寸大约从6μm减小到3μm以下;过渡孪晶区深度大约从130μm增大到200μm,平均晶粒尺寸大约从41μm减小到36μm,与基体晶粒尺寸（约65μm）相比,平均晶粒尺寸最大下降了44.61%。其次,利用纳米压痕技术对AZ31B镁合金表层进行了纳米压痕测试。分析实验结果发现,弹性模量和纳米硬度沿直径方向,由材料表面向内部减小。1、2、3遍超声滚压加工后试样的表层与基体相比,距离表面45μm处纳米硬度分别提高了62.24%、74.49%和82.65%,弹性模量分别提高了11.79%、16.09%和17.29%;距离表面145μm处纳米硬度分别提高了24.49%、37.76%和56.12%,弹性模量分别提高了8.57%、6.80%和11.74%;距离表面245μm处纳米硬度分别提高了8.16%、30.61%和44.90%,弹性模量分别提高了1.16%、4.56%和9.73%;距离表面345μm处纳米硬度分别提高了4.08%、21.43%和37.76%,弹性模量分别提高了0.72%、3.78%和6.55%。说明随着滚压遍数的增加,同一深度处弹性模量和纳米硬度的值增大,超声滚压强化的影响层更深。表层不同深度处的载荷-位移曲线反映了相同载荷下,塑性变形层在不同深度处发生变形的难易程度,为AZ31B镁合金超声滚压梯度表层弹塑性本构关系的反演提供实验数据。最后,利用量纲分析和有限元模拟结合的反演分析法,确定了AZ31B镁合金塑性变形层各深度处的屈服强度和应变硬化指数。基于幂函数本构方程,确定了其应力-应变关系表达式,并输入到材料属性中,进行纳米压痕有限元模拟。对比模拟曲线和实验曲线,发现最大压入载荷和最大压入深度的相对误差均在1%以内,曲线的变化一致性较好,验证了此反演方法的合理性。