钛合金因其高强度,耐腐蚀性好、耐热性好等特点而被广泛应用于各个领域。TC4钛合金经常采用锻造方式成形,航空发动机TC4材料机匣中残余应力的存在,导致机械加工变形和疲劳寿命降低。因此有必要开发一种无损和快速的环轧件残余应力测量方法,用于产品质量控制。本课题以航空发动机机匣环轧件用TC4材料为研究对象,以声弹性原理为依据,自行设计和搭建了超声残余应力检测系统,利用CIVA仿真模拟临界折射纵波声场和探头入射角度、检测频率和探头间距设计等参数选择和优化,通过拉伸和压缩试验,确定TC4材料的应力-超声传播时间的关系,在自行设计和制作的C型环试块,采用X射线衍射残余应力测量验证。并应用此关系对TC4实际环轧件残余应力进行检测,对TC4环轧件喷丸处理前后的残余应力变化进行对比分析,研究结论如下:(1)理论计算、CIVA仿真和试验测试得到临界折射纵波探头的最佳参数,通过拉伸和压缩试验验证了应力—声时关系,得到拉伸应力系数为与压缩应力系数数值基本相同;(2)利用临界折射纵波法、X射线衍射法检测TC4钛合金C型环试样上表面应力大小,得到两者的测量结果基本一致;(3)利用所设计的临界折射纵波应力检测系统进行了实际TC4钛合金环锻件残余应力检测,其检测所得应力分布情况与仿真结果基本相同;(4)测量了航空发动机中TC4钛合金压气机风扇盘喷丸前后的残余应力大小,得到喷丸后残余拉应力明显小于喷完前,与喷丸强化原理相一致,表明本文设计的临界折射纵波残余应力检测系统和采用的检测方法的完全正确。本文的研究成果可以直接用于生产TC4环轧件过程生产中的残余应力测量,为改进环轧件的工艺提供参考,为环轧件的质量控制提供有效的新手段。