超声滚压强化（USRP）作为一种新型表面强化工艺,在钛合金的抗疲劳性能提升上具有潜在应用。目前,对钛合金的USRP工艺已有一定研究,但尚未系统建立USRP参数与强化层组织、抗疲劳性能之间的对应关系;此外,表层强化组织的腐蚀行为可能不同于基体,目前对此少有关注。本文以TC4钛合金为对象,通过正交试验系统分析了静压力、振动幅度、主轴转速及进给速度等因素对USRP强化层厚度、硬度等的影响,建立了钛合金USRP工艺优化方案;同时,基于疲劳性能测试结果,分析了USRP工艺与疲劳寿命之间的关系,并对USRP工艺进一步迭代优化。此外,针对不同加工道次处理的钛合金在中性及酸性溶液开展了腐蚀电化学试验,初步分析了USRP强化组织对钛合金腐蚀行为的影响。结果表明:在超声滚压各参数中,对于表面粗糙度,各参数的影响程度依次为:进给速度＞静压力＞振幅＞主轴转速;在其它条件一定时,光整效果会随主轴转速的减小而改善,进给速度为0.1mm/r时,表层粗糙度最低;静压力和振幅增大,光整效果同样会得到改善。然而,对于强化层的硬度值,各参数的影响程度依次为:静压力＞进给速度＞主轴转速＞振幅。随着静压力的增大,试样表层最大硬度值呈上升趋势,且塑性变形特征越来越明显;但过大的静压力会造成表层损伤,进而使表面粗糙度增加。综合考虑表面粗糙度、强化层硬度,选择静压力550 N、振动幅度5μm、主轴转速100r/min、进给速度0.1mm/r为较优方案。通过观察截面变形组织发现,超声滚压处理后,试样组织发生一定角度的偏转;且在正交试验优化工艺基础上,随着加工道次的增加,截面塑性变形层深度及晶粒的偏转角度依次增加。电化学腐蚀测试结果表明,在中性体系（3.5 wt%Na Cl）中,不同加工道次处理的试样耐蚀性比较接近。在酸性溶液（1 mol/L HCl）中,USRP处理的试样则表现出更优异的钝化性能和耐蚀性;并且随着加工道次的增加,维钝电流密度呈降低趋势。相比于未处理试样,加工道次为20次的试样维钝电流密度降低了约60%。疲劳试验结果表明,超声滚压处理显著提升了TC4钛合金的疲劳寿命;但不同的超声滚压工艺下,TC4合金的疲劳寿命增幅差异较大。针对正交试验优化的工艺方案,当改变加工道次时钛合金疲劳寿命改善不太显著,在550N的静压力下选择加工1道次抗疲劳效果即已达到较佳状态。当其他USRP参数不变,若将主轴转速从100 r/min提高至200 r/min,USRP处理的钛合金试样的疲劳寿命明显增加,尤其是600MPa下的高周疲劳寿命。较高的表面完整性以及深度约680μm、最大值为-940 MPa的压缩残余应力场被认为是USRP改善钛合金疲劳性能的重要原因。