在室温和低温(液氮温度)下对TC6钛合金进行激光冲击强化。通过显微硬度试验和拉伸试验评估了CLP及LP处理后的机械性能。结果发现在相同激光能量下,相较于常温激光冲击强化(LP),深冷激光冲击强化(CLP)下硬度提高了25%。CLP进一步提高材料屈服强度和抗拉强度并且没有降低其延展性。这是由于在低温变形下CLP产生了高密度的位错。更高的表面硬度和更稳定的显微组织的共同作用下使得CLP试样相比于LP处理试样具有更好的疲劳性能。对TC6钛合金拉伸性能及断口的影响,采用光镜、扫描电镜及能谱分析等技术手段分别对材料微观组织、拉伸断口形貌进行观察和测试,并对断裂形式及断裂机理进行了探讨。研究表明,CLP处理使TC6钛合金表层金属产生了有效的晶粒细化。与常温激光喷丸相比,深冷激光喷丸之后的晶粒尺寸基本在50-100μm之间,温度带来额外的细化效应,CLP处理后使得在原始β晶粒内分割成由a片组成的数量较多、尺寸较大的集束。另一方面由于温度的降低使部分β相发生转变生成次生α及β,TC6经深冷处理后有β相向α相转变现象。这是由于深冷激光喷丸处理过程中产生了与基体共格的、弥散分布的第二相硬质颗粒,这些硬质颗粒在拉伸过程中参与形变而被切割,准解理面便是第二相硬质颗粒被切割断裂后留下的,CLP试样断裂模式仍然为韧性断裂。CLP试样内缺陷的减少和第二相沉淀更均匀的分布将有利于减少应力集中的出现,提高材料的表面强度。基于非线性最小二乘法原理通过L-M算法拟合得到TC6材料的本构模型参数,最终得到CLP下TC6钛合金的动态响应曲线。利用无限单元方法模拟得到TC6在CLP及LP下的残余应力场。结果表明:与LP相比,CLP下残余应力值增加10%左右而深度基本保持不变。CLP过程中由于低温作用使试样内应力集中的部位发生塑性流变,回复至室温过程中在试样表层产生残余压应力,从而改善材料的表面性能。