目的改善Ti-6Al-4V合金的微观组织及表面性能。方法用不同作用力(150、250、350、450 N)的超声深滚工艺对Ti-6Al-4V进行表面处理。通过金相显微镜观察、透射电镜分析、维氏硬度测试和残余应力测试,分别评价表面处理后材料的显微组织变化、显微硬度分布和残余应力分布。结果随着超声深滚作用力的增加,表面塑性变形层厚度增大,但增大趋势随作用力的增加而趋缓,450 N超声深滚作用后,塑性变形层厚度最大。超声深滚处理后,材料表面出现纳米晶,随作用力的增加,纳米晶会逐渐转为非晶态。350 N深滚后,距表面220μm处会出现少量的孪晶及大量位错堆积。随着塑性应变的加剧,孪晶逐渐消失,晶粒不断细化。材料近表面硬度提高明显,提高幅度同作用力呈正相关。材料基体的硬度为328 HV。在150 N力作用后,材料距表面50μm处的硬度能达到343 HV,而在450 N力作用后可以达到381 HV。随着超声深滚作用力的增加,材料近表面的残余压应力总体呈现增加趋势,最大残余应力可达到-875 MPa;残余应力的分布范围随力的增加,从0.40 mm增长到0.58 mm。另外,不同作用力作用后,材料最大残余压应力均出现在距表面20~40μm处。结论超声深滚作用可有效改变TC4合金的表面微观组织及性能,进而影响其结构完整性和服役寿命。