采用表面机械研磨处理(SMAT)的方法在铜钛合金表面制备了纳米晶组织。采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度测试仪对SMAT试样的微观组织结构和性能进行了表征。实验结果表明:SMAT处理60 min后晶粒尺寸为30.5 nm。SMAT处理后,试样中出现了明显的分层现象及高密度的形变孪晶和交叉孪晶。SMAT处理后试样表面的硬度增大,沿深度成梯度分布。对SMAT试样进行时效处理后,表面硬度变化不大,但距表面40~50μm之间的硬度明显增大。