通过对TA15钛合金进行激光冲击强化,研究了不同工艺参数对TA15钛合金残余应力和力学性能的影响。实验结果表明,激光冲击强化可以细化晶粒尺寸,有效提高材料表面显微硬度和残余压应力,且表面显微硬度和残余压应力随着激光能量和冲击次数的增加而增大。当激光能量为7 J,光斑直径为Φ2 mm,冲击3次时,激光冲击强化后表面显微硬度提高21.6%,强化层深度可达1mm,表面残余压应力高达-730 MPa。激光冲击强化后经400℃热处理并保温5和10 h后,发现引入的残余压应力降低幅度较小,仅为8%,具有较高的热稳定性。当激光能量为5 J,光斑直径为Φ2 mm,冲击2次时,激光冲击强化后可以获得最优的疲劳性能,试样在650 MPa应力水平下的疲劳寿命大于106次,相对于未强化试样提高了3倍,这是由于激光冲击强化使疲劳源由试样表面转移到了次表面,可以有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展。