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TB6钛合金具有比强度高、可锻性优异、断裂韧性好、各向异性小和抗应力腐蚀能力强等优点,是迄今为止应用最为广泛的一种高强韧近β钛合金。但是TB6钛合金具有非常高的缺口敏感性,硬度不高,抗磨损性能较差,限制了其在航空结构件中的应用。本文采用高能喷丸的方式,对TB6钛合金进行表面纳米化处理,探索了不同喷丸时间、弹丸尺寸对TB6钛合金表面组织、粗糙度、显微硬度的影响,探究了TB6钛合金表面纳米化机制,获得如下结论:不同喷丸时间和弹丸尺寸处理后的TB6合金表面结构显示,随喷丸时间增加,其变形层厚度呈先增大再趋于平稳的趋势,在弹丸尺寸为1mm、2mm和4mm时,变形层厚度的最大值分别为600μm、800μm和1600μm;而随弹丸尺寸增大,变形层厚度一直呈增大趋势,当喷丸时间为3min时,弹丸尺寸由1mm增加到4mm,变形层厚度从509μm增加到1507μm。喷丸处理后的TB6合金显微硬度和表面粗糙度结果显示,TB6钛合金经表面纳米化后,其表层硬度明显提高,由基体的280HV提高至380HV;TB6合金的表面粗糙度Ra值也在喷丸处理后明显增大,其中经弹丸尺寸2mm喷丸45min后,表面粗糙度从原始样品的0.102μm提高到1.184μm。XRD结果显示,未喷丸的TB6钛合金为单一的β相,当经喷丸处理后,TB6钛合金表层发生了α"马氏体相变。随喷丸的时间延长,表层α"相马氏体的含量先增多,最后趋于稳定;但在相同喷丸时间处理时,弹丸尺寸越小,越容易引起β→α"相变。经过弹丸尺寸4mm喷丸45min处理后,TB6合金表面纳米化层的TEM显示:合金表层的粗晶细化成大小为100~150nm的等轴纳米晶,并在晶粒内部出现了相互交割的细小孪晶片,在孪晶片的周围同时存在着大量的高密度位错。这表明TB6合金经高能喷丸处理后,表层晶粒发生了孪生变形,形成了形变孪晶。因此,这种高能喷丸导致TB6钛合金表层晶粒细化,以及多系孪晶、单系孪晶、无应变基体梯度组织结构的出现是其表面硬度提高的内在机制。