深冷激光喷丸(Cryogenic Laser Peening,CLP)是一种超高应变率和超低温耦合条件下的表面形变强化技术,能够改善材料表层的微观组织与表面力学性能,从而抑制裂纹的萌生、扩展,最终增加材料的疲劳寿命。本文以TC6钛合金为对象,采用理论研究、数值模拟和实验分析方法,研究深冷激光喷丸处理对TC6钛合金微观组织、典型结构振动模态、表面力学性能的影响规律,探索深冷激光喷丸处理对TC6钛合金的疲劳延寿机制。主要内容如下:(1)研究了深冷温度和超高应变率耦合条件下的塑性变形机制;基于透射电子显微镜(TEM)的试样微观组织分析,得到了不同深冷激光喷丸阶段TC6钛合金微观组织的演变规律;通过XRD方法检测试样表层的残余压应力,讨论了残余应力在振动载荷下的稳定性,揭示了深冷激光喷丸作用下材料表层残余压应力的形成机制与释放机制。(2)采用纳米压痕测试仪测量了不同试样的纳米硬度和弹性模量,探索了深冷激光喷丸对TC6钛合金纳米硬度和弹性模量增益机制;使用ABAQUS有限元分析软件模拟了不同处理方式下振动试样的模态,得到了前四阶振型以及固有频率;采用振动模态测试系统测量了振动试样的阻尼比和固有频率,并从孪晶结构和位错结构的角度分析了深冷激光喷丸的金属阻尼增益机制与固有频率增益机制。(3)基于疲劳断口理论,分析了不同振动疲劳阶段的断口特征及其影响因素;开展了振动疲劳试验,测得了不同处理方式下振动试样的疲劳寿命;采用扫描电子显微镜(SEM)观测了不同处理方式下试样的断口形貌,得到了不同断口区域的显微特征,分析了深冷激光喷丸处理对断口形貌特征的影响规律,在此基础上,从微观组织、振动特性、残余应力角度综合揭示了深冷激光喷丸的振动疲劳延寿机制。