钛合金因其比强度高,能适应较高温度的工况环境,通常用来制造飞机气压机叶片和结构零件。钛合金在长期恶劣的条件下服役往往会发生疲劳失效,进而造成巨大损失,因此,研究钛合金的疲劳失效机理,提高钛合金的疲劳极限成为近年来研究的热点问题。为提高材料的疲劳极限,出现了多种强化方法,超声喷丸处理是材料表面强化常用的方法之一,它可以实现材料表面纳米化。针对超声喷丸提高疲劳极限可从两方面分析:一是经过超声喷丸处理的材料获得一定深度的应力场,这部分残余压应力有效地抵消了部分外界的拉应力,推迟了材料达到失效的时间;二是材料表层的纳米晶可以有效阻止裂纹萌生,进而提高材料的疲劳极限。同时,基体的粗晶可以保持材料的塑性,实现提高材料疲劳性能的效果。本文采用超声喷丸处理TC4合金,实现表面纳米化,通过350℃低温热处理释放部分残余应力,并保持表层晶粒仍然保持在纳米级。研究四点弯曲疲劳性能的变化规律,研究发现,超声喷丸30min试样疲劳失效形式以单一裂纹源萌生裂纹,超声喷丸30min+350℃热处理60min试样裂纹起裂方式转变为多源萌生,但都从次表层萌生,而原始试样裂纹从表层萌生。在超声喷丸30min试样、超声喷丸30min并350℃热处理不同时间的试样断口,均发现铝元素富集。由Goodman方程拟合得到不同应力场与试样疲劳极限的关系,并得到平均应力影响因子m为0.5331。此外,将原始TC4合金在970℃热处理,由长轴状晶粒得到等轴状晶粒,研究了组织形貌对拉伸性能和四点弯曲疲劳性能的影响。研究发现经过超声喷丸,长轴晶粒抗拉极限提高8.2%,延伸率提高4%;同理,等轴晶粒抗拉强度升高6.6%,延伸率提高8%。经同强度超声喷丸处理,等轴晶粒的疲劳极限是433MPa,长轴晶粒的疲劳极限是416MPa,等轴组织的疲劳极限优于长轴组织。