TC4合金目前被广泛应用在航空航天,国防工业等高尖端领域以及医疗、建筑、汽车和机械等新领域。其疲劳性能是承载结构件的设计及安全服役的重要性能指标。喷丸强化是改善结构件疲劳性能的一种有效技术手段,它通过弹丸撞击改变材料表面完整性。本文以湿法喷丸处理TC4合金为背景,尝试定量评价喷丸表面完整性参量对疲劳性能影响,研究疲劳裂纹源位置、表面完整性和外加载荷的内在关系,阐述裂纹源位置变化原因,分析疲劳过程中残余应力稳定性及对疲劳性能影响。主要研究结果为:喷丸钛合金的疲劳裂纹源位置与表面完整性参数和外加载荷密切相关。低载时疲劳裂纹源出现在材料次表层。当外载为550 MPa时,裂纹源位置距表面200μm。随着载荷增加,裂纹源逐渐向表面转移。通过表面完整性参量和疲劳强度关系预测裂纹源位置,结果表明载荷的增加会导致喷丸处理TC4合金裂纹源从次表层转移至表面薄弱区域。关于表面完整性参量中的粗糙度,喷丸处理TC4合金因弹丸撞击发生粗糙化,形成微尺度的凹凸起伏轮廓并诱发应力集中效应。喷丸强度0.4mmN、覆盖率200%时,表面粗糙化缺口效应的应力集中系数Kt为1.42,应力层深度达50μm。当外加载荷为550MPa时,缺口根部应力值为781 MPa,加速裂纹萌生和扩展,对疲劳性能产生不利影响。关于表面完整性参量中的加工硬化,喷丸处理TC4合金表层因弹塑性变形形成硬化层。喷丸强度0.4 mmN、覆盖率200%时,表层硬化层深100μm,平均硬度从340 HV提至445 HV。按照硬度和屈服强度的关系量化计算,表面屈服强度提至基体的1.83倍。关于表面完整性参量中的残余应力,其稳定性与疲劳性能密切相关。在喷丸强度0.4mmN、覆盖率200%条件下,最大残余应力值为-911.3 MPa。根据断裂学叠加原理,残余压应力可以抑制裂纹扩展,从而提高表层疲劳强度。在疲劳过程中残余应力会发生松弛,外加体积载荷为750 MPa时,最大残余应力减小至-569.8 MPa,强化效果减弱。喷丸处理引入的残余压应力场在疲劳过程中发生松弛效应。当外加载荷为550 MPa时,残余压应力松弛主要发生在近表层0-30μm,亚表层区30-80μm先松弛后稳定,而基体区始终稳定。当外加载荷为750 MPa时,残余应力松弛发生在0-80μm,松弛速率加快且持续松弛。再次喷丸工艺能够恢复结构件的残余应力场,从而达到延长疲劳寿命的目的。其周期的选择对于疲劳寿命的影响至关重要。外加载荷为650 MPa时在25%寿命阶段进行再次喷丸处理,疲劳寿命提高65.7%。