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钛合金Ti-6Al-4V具有高比强和优异的抗腐蚀性能,一直被作为航空航天发动机涡轮叶片等零件的主要材料。随着对发动机服役性能需求越来越苛刻,对于零件加工表面的技术要求也越来越高,传统机械加工已难以达到Ti-6Al-4V零部件的服役要求。超声振动加工作为一种辅助加工方式已经被广泛应用于机械加工领域,超声软化和残余硬化效应可在有效降低滚压力的同时,改善Ti-6Al-4V加工表面材料的物理力学性能。本文以旋转超声滚压Ti-6Al-4V加工表面为研究对象,揭示了超声振动参数对Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面层中α和β两相分布和微观组织的影响规律,对超声辅助制备两相不同比例的Ti-6Al-4V材料具有指导意义;阐释了 Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面显微硬度的两相体积分数、α-Ti晶粒直径和晶间β-Ti宽度协同作用机理,为Ti-6Al-4V表面强化技术开发提供理论基础。首先,分析旋转超声滚压中滚柱与Ti-6Al-4V材料之间的接触行为,结合超声软化效应,建立Ti-6Al-4V旋转超声滚压力预测模型,阐释Ti-6Al-4V旋转超声滚压光整加工中表面材料的变形过程。分别研究Ti-6Al-4V旋转超声滚压光整加工区域中初始超声滚压区和重复超声滚压区材料的变形机理和超声滚压力。其次,研究Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面层材料的变形过程。建立Ti-6Al-4V旋转超声滚压二维仿真模型,从材料位移、变形面积和Mises应力方面分析超声振动对Ti-6Al-4V滚压表面材料变形的影响规律;建立Ti-6Al-4V旋转超声滚压三维仿真模型,分析Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面材料沿滚柱径向,滚柱轴向以及工件表面法向三个方向上的塑性流动及Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面形貌的形成机制。再次,从Ti-6Al-4V两相体积分数、α-Ti晶粒平均直径、晶间β-Ti平均宽度方面分析不同超声振幅下Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面微观组织、两相分布与显微硬度间的映射关系,建立Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面硬化模型,分析不同超声振幅作用下的Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面α-Ti、β-Ti体积分数,α-Ti晶粒尺寸,晶间β-Ti平均宽度和α-Ti、β-Ti晶粒取向演化,阐释Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面的残余硬化机制。最后,研究超声振幅对Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面层微观组织(晶粒尺寸、织构、局部取向差和晶粒类型)的影响规律。结合不同超声振幅下Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面层显微硬度和残余应力的分布规律,建立并分析Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面层微观组织及两相分布与力学性能的对应关系,探索超声振动对Ti-6Al-4V旋转超声滚压表面层晶体旋转、晶内位错运动、亚晶界形成、晶粒细化的影响规律。