超声微锻造加工,最早可以追溯至上世纪50年代,是一种简单高效的表面强化工艺,对于减少制件表面缺陷,强化制件表面,改善制件表面应力分布,提升制件表面质量等方面,相较于传统的磨削光整、超声冲击、热处理等工艺,具备操作简单、成本低廉、低污染、表面强化效果明显且均匀等诸多优势。对于船舶海洋领域大型增材制件,材料在激光熔覆过程中较大的温度梯度下,形成沉积层往往伴随着复杂的残余拉应力分布,以及形成枝状晶粒内部组织。受制于以上因素,制件本身机械性能、表面性能以及内部组织均存在缺陷。使用超声微锻造强化工艺对于尚未冷却的材料熔覆层进行高频次冲击锻打及连续滚压,使材料表层发生塑性强化变形,形成有益的残余压应力,改善表层缺陷,满足制件加工要求。本文以TC4钛合金的超声微锻造加工作为研究对象,同时对比了传统滚压光整强化工艺。从解析研究和有限元研究两个角度出发,分析并建立加工工艺的微观接触力学数学模型以及有限元模型并求解,针对于超声微锻造与滚压光整强化加工的材料应力、应变、变形位移等进行了较为深入的分析、对比与讨论。对影响超声微锻造工艺加工质量的几种工艺参数,设计了正交方案,借助多元回归以及统计学分析,对各工艺参数影响以及其显著性进行了分析与讨论。最后,针对于增材-微锻加工工艺进行顺序热-结构耦合数值模拟研究,分析与讨论了应用于激光熔丝增材的超声微锻造加工对于熔覆层应力分布的改善。研究结果表明,超声微锻造加工工艺能够改善制件表面应力分布,形成有益的残余压应力层以及表面塑性强化层,超声微锻造工艺相较于传统滚压光整强化具有更好的表面强化效果。锻造温度、工具头尺寸及超声振幅对于超声微锻造加工后材料表层应力及变形有着较为显著的影响。对尚未冷却的增材熔覆层表面施加超声微锻造,相较于未经超声微锻造加工的熔覆层,其表面应力分布情况得到了改善,熔覆层由于热源加载产生的表层残余拉应力转化为较为有益的残余压应力,降低了熔覆层表层缺陷发生的概率。本文的研究内容,对超声微锻造的实际应用以及工艺参数的选择提供了一定的理论指导以及参考价值。