镍铝青铜是在铝青铜基础上发展起来的复杂铜合金,具有优异的综合机械性能和耐蚀性能。表层显微组织的细化和残余压应力的引入可以进一步提高其表面机械性能,为预防镍铝青铜的失效提供更多参考。本文以商业牌号QAl10-4-4为研究对象,利用有限元模拟方法确定相界面处残余应力在喷丸过程中的演化;其次对比不同喷丸工艺对表层残余应力、显微组织和力学性能的影响;再研究残余应力松弛和显微组织的回复再结晶行为;最后讨论喷丸处理对镍铝青铜的强化机理。利用有限元方法进行了单弹丸和多弹丸冲击的动态模拟,确定了基体相与其它相间残余应力的过渡情况。喷丸初期,基体为残余压应力,而增强相中或相界面处为残余拉应力,两相界面处的应力过渡不连续。随着弹丸数量增加,残余拉应力逐渐转变为压应力状态。不同的喷丸工艺均在表层引入了梯度残余压应力。喷丸强度的增加,能提高残余压应力数值及层深。复合喷丸主要增加残余应力分布的均匀性,并降低表面粗糙度。预应力喷丸可在同等喷丸强度下大幅提高残余压应力,但会引起残余应力分布的各向异性。其中,在喷丸强度为0.15 mmA时,预应力喷丸使沿加载方向上表面残余压应力提高了11%-54%,最大残余压应力提高了27%-46%。喷丸未引起物相结构的转变,但形成了大量位错缠结,细化了原始晶块,弱化了择优取向,形成了局部变形孪晶({111}[112])。三种XRD线形分析方法得到的显微组织随层深的变化规律相同。随着层深增加,晶块尺寸增大,显微畸变和位错密度减小。喷丸强度增加,同等深度处的晶块尺寸减小,显微畸变和位错密度增加。高温环境下,残余压应力的松弛和组织结构的回复再结晶及晶块长大均是温度和时间的函数。退火过程中未发生物相转变和明显氧化,变形层中位错数量下降,位错墙逐渐演化成晶界或亚晶界,致使XRD衍射峰逐渐锐化,衍射峰强增加。退火过程中的回复再结晶及晶块长大表现出不均匀性和非同时性特征。通过线形回归分析得到喷丸后表层应力松弛激活能、晶块长大激活能和显微畸变松弛激活能分别为166.9 kJ/mol、199.1 kJ/mol和175.4 kJ/mol。它们都低于Cu的自扩散激活能,原子沿变形层中大量缺陷的短路扩散是主要的扩散机制。在循环载荷作用下,残余压应力随外载应力和循环次数的增加而松弛加快。循环初期,残余应力松弛明显。随着循环次数增加,同向加载变形量受包申格效应的影响而逐渐减小,残余应力松弛减弱并最终趋于稳定。在外载为100-250 MPa时,稳定的残余应力较循环前下降了15.3%-39.2%。喷丸表面的XRD半高宽和显微硬度均随着喷丸强度的增加而增加,随层深的增加而减小。喷丸后的表面屈服强度和硬度分别提高了21%和30%。喷丸后拉伸断口中的韧窝尺寸减小,有逐渐向脆性断裂过渡的趋势。喷丸提高了表层硬度和强度,却在一定程度上降低了合金延性。喷丸强化机制主要为残余压应力强化和组织结构强化。残余压应力可以降低材料受载的平均交变应力,提高许用外载交变应力,将疲劳裂纹源驱至次表面,增加疲劳强度。精细的晶块和高密度的位错使表层组织发生了细晶强化和位错强化,可以提高变形层的硬度和屈服强度。