TC4钛合金是一种中等强度的双相钛合金,该合金具有优异的综合性能,广泛应用于航空航天、生物医用和船舶制造等领域。由于TC4钛合金多服役于高温、高压等严苛的环境中,因此对TC4钛合金的性能和使用可靠性提出了更高的要求。TC4钛合金的失效往往始于其表面,对其表面进行强化,制备出一定厚度的硬化层,提高其表面性能进而能够提高其整体性能和服役寿命。基于上述目的,本文采用表面旋压强化的方法对TC4钛合金进行表面强化处理,对表面硬化层的组织结构、性能以及形成机制进行了研究与分析。本实验通过不同的热处理制度得到了不同组织形貌的TC4钛合金,通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、显微维氏硬度计以及拉伸试验机等对不同TC4钛合金组织的微观组织形貌以及力学性能进行了对比分析。通过表面旋压强化的方法对不同TC4钛合金组织进行了表面强化处理,对试样表面硬化层的组织结构及性能进行了研究与分析。主要研究结果如下:（1）TC4钛合金在β相转变温度以下退火可得到等轴组织;采用固溶-时效的热处理制度可得到双态组织;采用在β相转变温度以上退火的热处理制度可得到由原始β晶粒及其内部α片层组织组成的魏氏组织。（2）等轴组织、双态组织、魏氏组织TC4钛合金的屈服强度、抗拉强度依次升高,但延伸率则依次降低。由于位错在片层界面容易塞积,使强度提高,而等轴α相的变形协调性好,因此同时具有这两种组织形貌的双态组织兼具良好的强度和塑性。（3）不同TC4钛合金组织经过表面旋压强化后,组织的硬化层厚度不同,硬化层厚度与组织的屈服强度有关。组织的屈服强度越高,硬化层的厚度越低。等轴组织、双态组织、原始组织和魏氏组织的硬化层厚度分别约为70 μm、56μm、47μm和35μm。（4）经表面旋压强化后,TC4钛合金表面晶粒得到细化。与基体相比,不同组织表层最大显微硬度值提高幅度不同,等轴组织、双态组织、原始组织和魏氏组织分别提高约59%、55%、39%和36%。组织的屈服强度越高,表层最大显微硬度提高幅度越小。（5）下压量对TC4钛合金的表面旋压强化效果有很大影响。随着下压量的增加,表层晶粒细化更加明显,硬化层的厚度增加,表层最大显微硬度值显著提高。（6）TC4钛合金经表面旋压强化后,其屈服强度和抗拉强度有所提高,但延伸率稍有降低。