TC4钛合金因为具有高强度、低密度及优越的抗腐蚀性能而被广泛地应用于航空航天、海洋工程等相关领域。然而,早期研究表明TC4处于富氢环境中时会发生明显的氢吸附现象,进而出现氢脆,导致其塑性、韧性降低。因此亟需寻找TC4抗氢脆工艺以提高其在深海等富氢环境下的服役寿命。据以往研究成果可知超声滚压技术能有效改善零件表面质量,经超声滚压处理的试样具有良好的抗疲劳性能,但目前还未出现过关于超声滚压处理对TC4抗氢脆性能影响的报道。为研究不同超声滚压遍数对TC4抗氢脆性能的影响,本文讨论了超声滚压遍数对其表面性能的影响及微观结构的变化。然后通过对TC4基体进行在线充氢小冲杆试验及在线充氢拉伸试验得到了载荷-位移曲线及应力-应变曲线,拟合这两类曲线的相关数据得到了小冲杆试验法评价TC4拉伸性能的经验关联式,根据求得的经验关联式计算了不同滚压遍数TC4充氢前后力学性能的变化。最后结合微观形貌、力学性能的变化及充氢前后的断口形貌,分析了超声滚压遍数对TC4氢脆行为的影响规律及机理,主要成果如下:（1）自行设计加工出小冲杆夹具及在线电解充氢装置,并将其应用于实验中,避免了预充氢可能出现的氢逸出现象,得到了更为精确合理的实验数据,为在役工件的无损氢脆情况检测提供了参考,具有广阔的应用前景。（2）研究了不同超声滚压遍数（0、5、10、15）TC4的表层性质,并综合金相图、XRD成分分析及原子力显微镜表面电势差图对比分析了TC4充氢前后的微观组织变化。研究发现超声滚压能增大TC4表面残余压应力,使材料表层致密化,消除了现有的微裂纹和孔隙,从而使氢原子的渗透变得困难。但遍数过大会引发表层剥落及损伤,形成氢陷阱。此外在TC4充氢过程中,发现氢优先在ɑ相内部达到溶解度上限并与其反应生成氢化物γTiH和δTiH₂,于两相交界处析出。（3）通过从小冲杆试验得到的载荷-位移曲线及慢应变速率拉伸实验得到的应力-应变曲线,针对TC4的拉伸性能参数进行了拟合,得到了小冲杆试验法评价TC4拉伸性能的的经验关联式,评价了TC4的屈服强度、抗拉强度及伸长率等力学性能。最后通过求得的经验关联式计算了不同滚压遍数TC4试样经过在线充氢小冲杆试验后机械性能的变化。（4）基于在线充氢小冲杆试验拉伸性能拟合数据,结合断口形貌分析,研究了不同超声滚压遍数对TC4氢脆性能的影响规律及机理。研究表明,TC4的氢脆敏感性和拉伸力学性能随着滚压遍数的增大均呈现先增后减的趋势,且未滚压TC4呈明显撕裂棱脆性断口形貌,滚压后TC4呈近滚压层微型韧窝,基体层撕裂棱状的混合型断口形貌。表明超声滚压诱导的残余应力提升、表层位错增殖、晶粒细化等宏微观变化,能阻碍氢的进入和扩散,增大氢的溶解度使得氢化物生成的门槛提高,从而实现对TC4抗氢脆性能的提升。滚压15遍时,表层观察到明显球形夹杂物,这是因为滚压遍数过大时,表面发生剧烈塑性变形出现损伤,形成氢陷阱,使得氢原子在氢陷阱处大量堆积生成脆性氢化物,导致抗氢脆能力反而下降。该论文有图32幅,表7个,参考文献82篇。