由于金属材料表面自身纳米化工艺简单，纳米化表层到基体组织连续过渡等特点，从而被认为是金属材料表面改性的新方法，具有非常广阔的应用前景。但目前的研究主要集中在体心立方和面心立方结构的金属，而密排六方结构的金属尚没有涉及。 本文对工业纯钛表层晶粒纳米化的细化机理和表层组织的热稳定性进行了研究。利用高能振动喷丸技术实现工业纯钛的表面纳米化处理，用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)对表层组织演变过程进行了研究，并用显微硬度计对表层硬度进行了测试。 实验结果表明，试样经高能振动喷丸处理，表层产生剧烈塑性形变，首先生成一定量的位错，随后塑性变形主要以孪生的形式进行，并且产生多系孪晶，多系孪晶间发生强烈的相互交割作用，使晶粒尺寸不断减小，最终在大的应变量，高应变速率和多方向重复载荷的作用下，形成等轴状、随机取向的纳米尺度晶粒。 实验结果还表明，随着退火温度的增加，表层显微硬度呈下降趋势。变化趋势与未退火前大致相同，即越靠近表层，降低的越快，到距表层50μm的深度之后，变化趋于干缓。但是次表层硬度在500℃发生了突降，而表层组织硬度直到650℃仍然没有明显降低。经TEM和SEM观测，次表层晶粒在500℃以下发生了长大，形成的次表层变形孪晶组织在550℃左右明显减少，而最表层纳米晶可以保持到550℃。