航空制造业中常用钛合金作为叶轮叶片的制造材料,主要由于其良好的力学性能得以满足航空产品高性能要求。但是钛合金作为典型的难加工材料,使得制造出来的钛合金结构件常常出现“表面完整性差、寿命短、可靠性低”等问题。因此,针对航空钛合金零件在加工过程中存在的抗疲劳性能不足等问题,提出了基于压应力制造的旋转超声加工钛合金零件的新策略。本文以TC4钛合金作为研究对象,通过疲劳试验对铣削加工后的疲劳性能及裂纹扩展开展了较为详细的研究。主要工作及相应的研究成果如下:（1）明确了旋转超声加工钛合金残余应力的主要影响因素是机械效应。因此重点分析了超声加工钛合金剪切力、犁削力和超声冲击力对表面残余应力的影响机制。随后开展钛合金普通加工和旋转超声加工实验,发现铣削加工后表面均呈现压应力,相比于普通铣削加工,旋转超声加工可显著增大钛合金表面残余压应力,平均提升了54.5%。（2）开展了有无超声振动作用下的钛合金铣削实验,总结分析了超声振动对粗糙度、晶粒尺寸、显微应变、位错密度以及显微硬度等各项指标的影响规律。结果显示:超声加工使得表面发生塑性变形,且随着能量的加大塑性变形不断累积。普通铣削加工晶粒尺寸12.333nm,而超声加工电流为150m A时,晶粒尺寸减小为6.43nm;显微应变则从0.287×10-2增大到0.552×10-2;位错密度由普通铣削的6.15×1015/m~2达到旋转超声加工后22.7×1015/m~2。超声振动作用使得表层硬度值得到了明显提高,显微硬度由350HV增大到510HV。另外,通过激光显微镜发现,旋转超声加工后出现鱼鳞状的表面形态特征,而普通铣削加工则呈现犁沟状,通过测量表面粗糙度,发现超声加工后表面粗糙度Ra和Rz均明显增加,平均表面粗糙度Ra由0.66μm增大到1.76μm,Rz由4.52μm增大到9.74μm。（3）首先针对两种加工方式开展了钛合金高低载荷拉伸疲劳对比试验。实验结果表明,随着超声振幅的增加,疲劳寿命缓慢持续提高。疲劳试样低周疲劳寿命平均提高81%,而在高周疲劳试验中,由于应力幅值降低,载荷频率增大,旋转超声加工钛合金疲劳试件的疲劳寿命提高了24.5%。其次开展了钛合金标准件疲劳断口的观测与分析,断口测量结果发现超声加工后的断口疲劳条纹宽度较小,裂纹的扩展速率较慢,断口定量分析计算表明寿命显著增长的原因是疲劳裂纹萌生得到了很好的抑制,超声加工疲劳试件萌生寿命提高了159.7%。最后揭示了高频振动冲击效应提升钛合金疲劳寿命的影响机制。明确了疲劳性能的改善主要归功于超声加工通过在钛合金表层产生残余压应力和组织结构强化,增强了钛合金力学性能,抑制了裂纹萌生和降低了裂纹扩展速率。