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钛及钛合金具有高的比强度、优良的耐蚀性、良好的高温性能，在现代航空航天、军事工业、民用工业中占据越来越重要的位置。但是，钛及其合金自身疲劳强度低、分散性大、耐磨性能差的缺点限制了它的进一步应用。虽然现在已经开发出了多种物理和化学的表面改性技术，可以有效地改善钛及其合金的耐磨性，但是这些方法几乎都使钛及其合金的疲劳强度反而降低。 喷丸和滚压是公认的提高钛及其合金疲劳强度有效的方法，但其强化效果都不太明显。表面纳米化是近几年提出的新概念，它是利用各种物理、化学方法在材料表面制备出纳米表层，通过纳米晶粒结构的优异性能来提高材料表面的机械性能，如疲劳强度、抗腐蚀性及耐磨性等，这种技术在工业上具有非常广泛的应用前景。 本文在前期研究的基础上，采用高能喷丸(HESP)技术，对工业纯钛旋转弯曲疲劳缺口试样(应力集中系数K_t=1.27)进行了表面纳米化处理，对纳米化前后的试样进行表层显微组织观察、显微硬度和表面粗糙度测定，采用单试样法测定其10~7周次下的旋转弯曲疲劳极限，并对疲劳断口进行SEM分析。试验结果如下： (1)高能喷丸在工业纯钛表面制备出晶粒尺寸为数十纳米的纳米表层。 (2)高能喷丸表面纳米化使工业纯钛的疲劳极限提高34％，远高于普通喷丸提高的9％。 (3)纳米硬化层的显微组织结构和残余压应力是工业纯钛疲劳极限大幅度提高的直接原因，而高能喷丸造成试样表面粗糙度的增加及表面损伤对疲劳极限的提高有负面影响。 (4)二次细化喷丸(RESP)降低高能喷丸纳米表层的粗糙度，修复高能喷丸对试样表面造成的损伤及促进表层微裂纹的弥合，有助于纳米表层的优异性能充分发挥，使工业纯钛的疲劳极限提高52.3％，且疲劳裂纹源在试样次表层萌生。