Підвищення ресурсу відповідальних компонентів із алюмінійових стопів за циклічних навантажень за допомогою модифікування поверхні є важливою задачею. У цій роботі досліджено еволюцію мікроструктури та механічні властивості алюмінійового стопу Д16Т за циклічного навантаження та високочастотного ударного оброблення (ВЧУО) поверхні. Як було виявлено за допомогою рентґенівської дифракції, сканувальної (СЕМ) і трансмісійної (ТЕМ) електронних мікроскопій, мікроструктура зразків складалася з матриці алюмінію та виділень зміцнювальної фази різної дисперсности (≅ 2,5 об.%). Встановлено, що інтенсивна пластична деформація під час ВЧУО-модифікування поверхні веде до зростання мікротвердости HV100 поверхні на 46% (1,46 ГПа) та опору втомі на 75% (9,2 103 циклів за σ_max = 440 MПa) зразків стопу Д16Т у порівнянні із вихідним станом, що пов'язане із формуванням ультрадисперсних зерен і напружень стиснення у поверхневому шарі. Еволюцію деформаційних дефектів і мікроструктури аналізували на кількох масштабних рівнях дифракційними та мікроскопічними методами, а також моделюванням методою молекулярної динаміки (МД). Скупчення дислокацій і точкових дефектів навколо сферичного включення, відшарування матриці вздовж міжфазних меж із частинками другої фази та смуги ковзання різних систем, виявлені в ґратниці алюмінію під час МД-моделювання пластичної деформації, знайшли свої експериментальні підтвердження на іншому масштабному рівні за прямого ТЕМ-спостереження мікроструктури вихідних і модифікованих ВЧУО зразків після циклічного навантаження. За даними експериментальної аналізи мікроструктури та результатами моделювання можливими механізмами утворення зародкових тріщин є скупчення дислокацій і точкових дефектів навколо частинок другої фази з подальшим відшаруванням вздовж міжфазних меж і утворення смуг ковзання, які можуть виходити на поверхню впродовж циклічного навантаження, а формування напружень стиснення в ультрадисперсному поверхневому шарі є тими чинниками, що запобігають розповсюдженню тріщин і передчасному руйнуванню. Одержані результати свідчать, що ВЧУО-модифікування поверхні за допомогою ультразвукового обладнання може бути ефективно застосоване для підвищення опору втомі стопу Д16Т в умовах малоциклової втоми із максимальними циклічними напруженнями, близькими до межі плинности.