通过喷丸可使材料表面发生剧烈塑性变形,使材料表面完整性得到改善。喷丸后块体金属表层形成一定厚度的纳米晶组织,并产生残余压应力和加工硬化,但同时会使材料表面状态变化。表面完整性各因素均会对材料的疲劳性能产生影响。本论文采用超声喷丸技术(USSP)对TC4进行处理,对其表面完整性进行表征,分析其组织细化机制;对喷丸后的试样进行热处理及抛光处理,改变其表面完整性中某个因素,测试分析各因素对弯曲疲劳性能的影响。本研究对TC4分别进行15 min、30 min、45 min和60 min的USSP处理,并对喷丸30 min的试样进行热处理,机械抛光处理。不同条件下的TC4的表层组织通过X-射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)进行表征;对不同状态下TC4的残余应力采用残余应力测试仪进行测试分析;对不同时间USSP处理TC4试样的表层显微硬度以及表面粗糙度进行测试;采用四点弯曲疲劳实验对比测试了不同表面完整性TC4试样的疲劳极限,并利用扫描电子显微镜(SEM)对疲劳断口观察分析。表面完整性表征结果表明:通过USSP处理可以在TC4表面形成纳米晶,USSP30 min后表层晶粒尺寸达到40 nm左右;表层形成一定深度的残余压应力层,USSP30 min应力场深度最大,可以达到240μm;USSP处理后粗糙度改变,缺口应力集中系数随时间逐步变大。通过400℃、450℃热处理,TC4表面纳米晶发生长大,但在350℃下热处理,TC4的表层组织基本保持不变,而残余应力得到一定释放。疲劳实验结果表明:USSP处理后,试样弯曲疲劳极限最大提高了10.64%,处理前后裂纹源均萌生于试样表面,USSP处理后,材料由多裂纹源转变为单一裂纹源;对USSP处理前后试样进行表面抛光后,试样疲劳极限得到提高,USSP处理30 min试样经过抛光,其裂纹源位置由表层转移至次表层;USSP处理试样通过热处理后,材料的疲劳极限较未热处理试样有所降低;USSP处理试样经过疲劳加载后,其表层组织发生长大,位错密度降低,表层残余应力显著释放。