钛合金与钛基复合材料因高的比强度系数,好的延展性等优异性能,广泛应用在航空、汽车等工业领域。作为重要的表面强化方法,喷丸处理可以显著改善和提高材料表面性能。为了改善钛合金和钛基复合材料的表面性能,选取TC4钛合金(Ti-6Al-4V)与钛基复合材料(TiB+TiC)/TC4,对其进行表面喷丸强化处理,同时对喷丸强化层性能进行表征研究。喷丸层残余应力的研究表明,喷丸强化在材料表层引入了高的残余压应力,复合喷丸和预应力喷丸都能明显优化其残余应力场。在0.3mmA+0.15mmA复合喷丸强度下,材料TC4、5%(TiB+TiC)/TC4和8%(TiB+TiC)/TC4表层最大残余压应力分别为-813,-857和-859 MPa,残余压应力层深分别约300,250和250μm。改变喷丸强度,残余压应力层深随喷丸强度的提高而增加。预应力喷丸能显著增加残余压应力,加载预应力越大,表层残余压应力增加越明显。对喷丸表层残余应力的热松弛行为进行研究,发现残余压应力在整个变形层中都发生了松弛,起始阶段松弛比较明显,然后逐渐趋于稳定,其热松弛过程可以用Zener-Wert-Avrami函数描述,基于该函数,可以得到复合材料松弛机制参数m,激活焓?H和松弛激活能QRS,分别为0.4483,2.92 eV和282 kJ/mol。其中QRS要比α-Ti和β-Ti的自扩散激活能都要高。钛合金喷丸残余压应力在外加载荷下的松弛行为显示,外加载荷越高,应力松弛越明显,残余应力稳定值越小。为了研究增强体内部及其周围的残余应力分布,利用ANSYS有限元分析软件,建立3D动态模型模拟复合材料喷丸残余应力分布。结果显示增强体承受了材料喷丸后绝大多数残余拉应力,而基体内部表现的都是残余压应力,最大残余压应力和拉应力分别为-1511 MPa和+1155 MPa。这种应力分布充分体现增强体高屈服强度的特点,对表层力学性能不利的残余拉应力都集中在增强体内,避免其对基体材料的破坏。为了研究喷丸层组织结构变化,利用Voigt线形分析方法计算喷丸后晶块尺寸、显微应变和位错密度分布。结果表明,喷丸后晶块尺寸在表面最小(约50nm)。同一喷丸条件下,钛合金晶块尺寸小于复合材料,显微应变数大于复合材料。喷丸后平均位错密度大幅提高,起因于高动能的喷丸弹丸,和增强体对位错运动的阻碍。对喷丸钛合金和复合材料组织结构进行Rietveld结构精修全谱拟合,所得计算结果与Voigt分析方法结果一致。喷丸层高温下的组织结构变化显示,等温退火过程中,复合材料的重结晶激活能要大于钛合金,两者分别为341 kJ/mol和294 kJ/mol。通过微应变的松弛分析,得到复合材料和钛合金的微应变松弛能分别为288 kJ/mol和273 kJ/mol。结果表明复合材料的热稳定性要高于钛合金材料,主要由于增强体的存在对残余应力具有稳定作用。对喷丸表层硬度进行研究发现,表面硬度最大,沿着层深逐渐减小。三种样品中,8%(TiB+TiC)/TC4表面硬度最大,约630 Hv,较喷丸前提高了52%。等温退火后硬度变化显示,450oC退火后材料的硬度要低于350oC退火后的值,由于增强体的存在,同一温度处理后钛合金的硬度低于复合材料。利用原位拉伸X射线应力测定方法研究了TC4钛合金喷丸后表面屈服强度,结果显示喷丸后表面屈服强度为1080 MPa,较喷丸前(约850MPa)提高了27%。喷丸前后钛合金的疲劳性能显示,在疲劳寿命为107循环次数下,疲劳强度从未喷丸的550MPa提高到620 MPa,增加13%。对疲劳断口的照片分析表明,疲劳裂纹起源于材料次表面,证明喷丸可有效避免疲劳裂纹源在表面的萌生。