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Ti-6Al-4V合金具有比强度高、抗疲劳性能好、耐腐蚀性强等优点,是航空发动机叶片用关键材料。在航空发动机服役过程中,叶片和轮盘易发生微动磨损而失效。微动磨损不但大幅降低了航空发动机叶片的使用寿命,且为飞机服役安全留下安全隐患。如何改善Ti-6Al-4V合金抗微动磨损能力一直是亟待解决的难题。调控界面晶粒尺寸是改善金属材料微动磨损性能的重要方法之一。然而,目前Ti-6Al-4V合金的晶粒细化机制和界面晶粒的力学性能对微动磨损行为的影响均尚不明晰。深入研究喷丸处理Ti-6Al-4V合金的晶粒细化过程、力学性能变化及其对微动磨损行为的影响,对于提高钛合金叶片的综合性能具有重要的理论和工程意义。本论文以具有初始{112（?）0}〈101（?）0〉轧制织构的Ti-6Al-4V合金为研究对象,通过喷丸处理合金获得具有梯度纳米结构的表层组织,首先研究了梯度纳米结构表层中织构的演化对滑移模式和晶粒细化机制的影响。其次,采用微柱压缩和缺口微悬臂梁弯曲测试方法,从微米尺度上研究了粗晶（Coarse grains,CGs）和纳米晶（Nanograins,NGs）Ti-6Al-4V合金力学性能与塑性变形的关系,为研究界面晶粒尺寸对微动磨损行为的影响提供理论指导。最后,选取Si4N3/Ti-6Al-4V作为摩擦副,研究了界面晶粒尺寸对微动磨损耐磨性的影响;选取Ti-6Al-4V/Ti-6Al-4V作为摩擦副,研究了界面晶粒尺寸对微动磨损摩擦模式的影响。主要研究结果如下:（1）系统地研究了在喷丸处理Ti-6Al-4V合金梯度纳米结构表层中,应变控制的织构、滑移模式、晶界等微观结构演化,揭示了Ti-6Al-4V合金的晶粒细化机制,并进一步探讨了锥面＜c+a＞位错在晶粒细化中的作用。结果表明,当应变量逐渐增加时,与喷丸处理方向垂直的主导晶体取向首先由{112（?）0}柱面转变为{101（?）0}锥面,然后{101（?）0}锥面转变为{0001}基面。晶体取向的改变导致主要滑移模式首先由锥面＜c+a＞滑移转变为基面＜a＞滑移,然后基面＜a＞滑移又转变为锥面＜c+a＞滑移。基于滑移模式和织构演化,具有{112（?）0}〈101（?）0〉轧制织构Ti-6Al-4V合金的晶粒细化机制可分为四个阶段:（I）在CGs中形成具有锥面＜c+a＞位错的位错墙;（II）通过基面＜a＞位错与非基面位错交割将CGs细化为超细晶（Ultra-fine grains,UFGs）;（III）通过锥面＜c+a＞位错与基面＜a＞位错交割将UFGs细化为NGs;（IV）通过晶粒转动形成具有大角度晶界的NGs。在晶粒细化过程中,锥面＜c+a＞位错起到两个重要作用:协调晶粒c轴的应变,从而实现广义塑性流动,特别是在NGs中;与基面＜a＞位错交割形成具有基-锥面位错锁结构（柱面＜c＞位错和柱面＜c+a＞位错）的独特小角度晶界。这种独特的低能晶界极大地提高了晶界的稳定性和晶粒内的位错密度(NGs中位错密度～6.6×1015 m-2)。（2）采用微柱压缩和缺口微悬臂梁弯曲测试方法,研究了CGs和NGs Ti-6Al-4V合金的强韧性、加工硬化能力以及塑性变形机制,揭示了晶粒尺寸对塑性变形机制的影响。结果表明,当CGs被细化为NGs时,Ti-6Al-4V合金的塑性变形机制由位错协调塑性（＜a＞滑移和锥面＜c+a＞滑移）转变为晶界协调塑性（晶界迁移）。晶界迁移会导致NGs的应变局域化,使得在微柱压缩下形成剪切带而失效,且在缺口微悬臂梁弯曲下难以释放裂纹尖端的应力集中,引起裂纹尖端的快速扩展。因此,当CGs被细化为NGs时,Ti-6Al-4V合金屈服强度0.7由991±230 MPa增加到1489±25 MPa,加工硬化速率Θ由8.57±3.31减小到3.68±0.39,并且断裂韧性下降至9.72±0.97 MPa m1/2。（3）选择Si4N3/Ti-6Al-4V作为摩擦副,研究了不同载荷下CGs和NGs Ti-6Al-4V合金的微动磨损磨痕表层组织演化机制,并揭示了其与耐磨性的关系。结果表明,不同载荷下CGs和NGs摩擦模式均为滑移机制（滑移主导）,磨痕表面发生氧化剥层磨损。裂纹的形核和扩展主要发生在氧化非晶层内部以及氧化非晶层与极细NGs层的界面处。Ti-6Al-4V合金微动磨损的耐磨性与弹塑性变形下表层组织的演化有关。在5 N载荷下,基体的NGs发生弹性变形,晶粒未发生明显改变,然而CGs发生塑性变形,形成极细的NGs和非晶,导致5 N载荷下NGs的耐磨性高于CGs。在10 N、20 N和50 N载荷下,NGs发生塑性变形,形成极细的NGs和非晶,然而CGs发生塑性变形,首先被细化为NGs,然后形成极细的NGs和非晶,导致10 N、20 N和50 N载荷下NGs的耐磨性低于CGs。（4）选择Ti-6Al-4V/Ti-6Al-4V作为摩擦副,研究了粘滑运动下表层为CGs、超细晶（UFGs）、NGs和非均质晶粒结构Ti-6Al-4V合金的摩擦模式。结果表明,受晶粒尺寸影响的界面塑性是维持接触界面粘着的关键。基于晶粒尺寸对塑性变形机制和摩擦模式的影响,提出了通过界面晶粒尺寸调控塑性变形机制来控制摩擦模式:（I）在界面处CGs和UFGs中,通过位错滑移实现混合机制（粘着-滑移竞争）;（II）在界面处NGs中,通过晶界迁移实现滑移机制（滑移主导）;（III）在界面处非均质晶粒结构中,通过位错滑移实现部分滑移机制（粘着主导）。