激光喷丸强化技术(Laser Peening,LP)是使用高功率脉冲激光照射工件表层,诱导产生超过材料屈服极限的冲击波压力,从而引起工件表层发生剧烈塑性变形、使材料晶粒细化并产生高密度的位错组织。激光喷丸强化技术能显著改善材料的应力分布状态和微观组织,更好地抑制材料中裂纹源的萌生、扩展,从而提高航空关键部件的使用寿命。本文采用不同的激光功率密度与喷丸次数对TC6航空钛合金进行激光喷丸,探索激光工艺参数对激光喷丸强化材料表面完整性的影响,研究激光喷丸强化TC6钛合金的振动疲劳寿命,结合断裂力学对振动疲劳断口进行分析,根据振动疲劳失效过程中不同阶段的断口形貌,研究激光喷丸强化工艺对TC6钛合金的疲劳延寿增益机制。本文的主要研究内容有:研究激光喷丸诱导残余压应力的产生过程及估算模型;结合振动疲劳失效及疲劳断裂理论,分别从疲劳极限、裂纹扩展门槛值、应力强度因子等几个方面研究激光喷丸强化工艺对TC6钛合金疲劳裂纹扩展速率的改善机理。使用高功率Nd:YAG固体激光器对TC6航空钛合金试样进行激光喷丸强化实验,并对试样表面方向及深度方向进行残余应力测定和显微硬度测试。综合使用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等实验手段研究激光喷丸前后试样的微观组织,包括α/β相形态、晶粒尺寸以及位错形态等。利用振动疲劳实验系统测定激光喷丸强化TC6航空钛合金试样的振动疲劳寿命,研究激光功率密度与喷丸次数对试样振动疲劳寿命的影响规律。用扫描电子显微镜观测振动疲劳试样的断口形貌,针对断口中的裂纹源区、裂纹扩展区和最终断裂区,研究激光喷丸强化对TC6航空钛合金振动疲劳断口形貌的影响,通过疲劳条带间距对TC6航空钛合金的振动疲劳裂纹扩展速率进行分析。