钛及钛合金因其综合性能良好,是飞机的主要结构材料,也是航空发动机风扇、压气机轮盘和叶片等重要构件的首选材料。因受到温度、荷载等外界条件以及残余应力、粗糙度等自身性能的影响,钛及钛合金零部件在实际应用中易发生疲劳失效现象,目前可通过表面强化技术改善钛及钛合金的疲劳性能。为了满足日益严苛的服役环境,当今的首要任务是探索影响钛及钛合金疲劳性能的因素,进一步提高钛合金的疲劳寿命。本文以片层组织TC11钛合金为研究对象,通过超音速微粒轰击和激光喷丸两种表面强化技术进行表面强化,尔后分别在-30、25、150℃三个温度下,载荷范围375 MPa～550 MPa及应力比0.1的条件下进行高周疲劳试验。借助扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线应力测试仪等仪器分析不同条件下的断口形貌和裂纹扩展机理,探讨钛合金表面纳米化机制,为钛合金航空构件的先进抗疲劳制造提供试验依据和技术支撑。超音速微粒轰击后的TC11钛合金疲劳强度相对于未强化TC11钛合金的疲劳强度均有提高,疲劳强度随温度的升高由500 MPa(-30℃)降低到397 MPa(150℃),强化疲劳后TC11钛合金的疲劳源均形成于钛合金的次表面区域,疲劳辉纹的宽度随温度的升高由0.6μm(-30℃)增加到0.8μm(150℃),显微硬度均随着表层深度的增加而减小,减少至基体硬度左右后不再变化。强化未疲劳TC11钛合金的表层残余压应力值为196 MPa,疲劳失效后TC11钛合金的残余压应力均有一定程度的松弛,其断口附近的表层残余压应力值分别为99 MPa(-30℃)、125 MPa(25℃)和175 MPa(150℃)。强化疲劳后TC11钛合金的表面组织发生剧烈的塑性变形,塑性变形区的晶粒可细化至纳米量级,降低了裂纹的扩展速率,提高了TC11钛合金的疲劳寿命;在不同的温度条件下进行高周疲劳试验时,TC11钛合金的微观组织演变机制不同。激光喷丸强化后疲劳失效的TC11钛合金表面组织产生了大量的微裂纹和微小孔洞,疲劳源均形成于钛合金的近表面区域,导致强化后TC11钛合金的疲劳寿命显著降低,但强化后TC11钛合金的疲劳辉纹宽度与未强化的TC11钛合金相比均有明显的减少。激光喷丸强化疲劳后TC11钛合金的显微硬度变化趋势和超音速微粒轰击强化疲劳后的TC11钛合金相同。强化未疲劳TC11钛合金的残余压应力值为267 MPa,强化疲劳后TC11钛合金断口附近的表层残余压应力值分别为164 MPa(25℃)和256 MPa(150℃)。激光喷丸强化疲劳后TC11钛合金的表层组织也发生了剧烈的塑性变形,表层晶粒组织同样细化至纳米量级。