TC4钛合金凭借其低密度、高强度比和优异的生物相容性等优势而受到各个行业的青睐,广泛应用在航空发动机涡轮叶片、医用植入人工关节、汽轮机叶轮等关键零部件上。由于TC4钛合金耐磨性较差,摩擦磨损引起的失效成了这些零部件报废的主要原因。本文针对TC4钛合金零部件在服役过程中易磨损这一问题,在自主研发的冲击磨粒磨损试验设备上,研究了初始冲击动能对激光冲击强化TC4钛合金冲击磨粒磨损行为的影响,分析了冲击磨粒磨损的演变过程和磨损机制,对比了不同激光冲击强化工艺参数下TC4钛合金冲击磨粒磨损行为的差异,并使用方差分析方法筛选出了能够显著提高TC4钛合金抗磨粒磨损性能的激光冲击强化工艺参数,得到以下结论:1.激光冲击强化处理使得TC4钛合金表层晶粒被细化,晶粒均匀性变差,但没有发生相变也没有产生新的结晶相。强化区域表面产生了微观裂纹和孔隙,发生了塑性变形。随着激光冲击强化次数或激光能量的增加,晶粒细化程度加大,塑性变形更加严重,因此导致试样表层的硬度和残余应力值增加。2.随着初始冲击动能的增加,激光冲击强化试样的冲击接触力峰值、吸收的能量和磨损体积均增加,增加的幅度分别307%、699%和24%。初始冲击动能较小时,磨痕中心呈现为凸起状态,随着初始冲击动能增加,磨痕中心由凸起向凹陷状态转变。3.激光冲击强化TC4钛合金的摩擦界面动力学响应和磨痕特征随着冲击磨粒磨损的演变而发生显著的变化。当磨损次数从1×10~3次增加到2×10~4次时,磨损接触面积变大,沙粒“缓冲”效应增强。冲击接触力峰值在5×10~3次磨损前显著减小,随后不再发生明显变化。能量吸收率从87.57%增加到了96.74%。磨痕中心由凸起状态转变为了凹陷状态,磨损体积增加了约1815%。4.TC4钛合金在无沙和有沙两种环境下的冲击磨损行为表现出显著的区别。无沙环境下的冲击接触力峰值和冲击返回速度比沙粒环境下分别大了约137.7%和41.2%。沙粒环境下的磨损体积是无沙环境下的68.6倍。无沙环境下的冲击磨损机制主要是剥落、分层、裂纹和擦伤,而沙粒环境下的冲击磨损机制主要表现为沙粒对试样表面的犁耕、微切削、挤压剥落以及沙粒镶嵌进入试样表面。5.TC4钛合金的冲击磨粒磨损行为随着激光冲击强化的工艺参数变化而表现出差异。随着激光冲击强化次数或者激光能量的增加,磨损过程中的冲击接触力峰值和冲击返回速度呈现增加的趋势,吸收的能量和磨损体积呈减小的趋势。方差分析结果表明,当激光能量为7 J且强化次数为3次时,强化处理后试样的耐磨性相对于未处理试样得到显著提高,其磨损体积比未处理试样低了约43.9%。