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Cu-Cr-Zr合金是一种沉淀强化型合金,因具有较高的导电性能、力学性能,而被航空航天、军工、电子、机械等领域广泛应用。对于Cu-Cr-Zr合金而言,利用传统的熔化焊、等离子弧焊和钎焊等方法焊接,焊接接头容易出现气孔、裂纹、未焊合以及晶粒粗大、力学性能严重下降等缺陷,导致了高强度、高导电性Cu-Cr-Zr合金的应用受到了严重的影响。因此,本文通过搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW)的方法焊接,有效解决了上述传统方法焊接的问题。本文采用旋转速度为750和1500 rpm,焊接速度为23.5 mm/min的焊接参数分别对时效态和固溶态的3mm厚的Cu-Cr-Zr合金板进行搅拌摩擦焊接,焊后对接头进行时效处理(Aging Treatment,AT),研究不同焊接转速、母材初始状态和时效处理共同作用对焊接接头微观组织(晶粒尺寸、沉淀相)以及力学性能(硬度、室温拉伸性能)、导电性能的影响,并对焊接接头的拉伸性能进行模型化定量分析,主要研究结果如下:当母材(Base Metal,BM)初始状态为时效态时,FSW后,时效750 rpm和时效1500 rpm接头焊核区(Nugget Zone,NZ)的晶粒尺寸分别由BM的40μm细化至3.7和33.3μm。同时,时效750 rpm接头NZ的沉淀相Cr颗粒部分固溶在基体中,而时效1500 rpm接头NZ的沉淀相Cr颗粒全部发生固溶。FSW后,与BM相比,时效750 rpm和时效1500 rpm接头力学性能和导电性能均严重下降。与此同时,时效750 rpm接头力学性能和导电性能高于时效1500 rpm接头。AT后,NZ晶粒尺寸变化不大,固溶在基体中的沉淀相Cr颗粒重新析出,时效750 rpm和时效1500rpm接头力学性能和导电性能均得到显著提升,沉淀强化是主要的强化机制,其次是晶界强化。当BM初始状态为固溶态时,FSW后,固溶750 rpm和固溶1500 rpm接头NZ的晶粒尺寸分别由BM的25μm减小到10和21μm。BM本身无沉淀相存在,固溶750 rpm和固溶1500 rpm接头NZ仍无沉淀相存在。与BM相比,固溶750 rpm和固溶1500 rpm接头NZ的力学性能和导电性能均有所提升。固溶750 rpm接头力学性能和导电性能高于固溶1500 rpm接头。AT后,NZ晶粒尺寸变化不大,固溶在基体中的沉淀相会重新析出,固溶750 rpm和固溶1500 rpm接头性能得到显著提升,沉淀强化和晶界强化是主要的强化机制。当时效温度为525℃时,保温时间3 h时,750 rpm和1500 rpm接头的显微硬度、导电率和拉伸性能达到较好的匹配。AT后,时效750 rpm和时效1500 rpm接头NZ的显微硬度分别为96.54和108.55 HV,导电率分别为56和53 MS/m,抗拉强度分别为311和324 MPa,接头断裂位置为NZ区;而固溶750 rpm和固溶1500rpm的显微硬度分别达到98.5和99.8 HV,导电率分别提高到54和55 MS/m,抗拉强度分别为303和333 MPa,接头断裂位置为BM区。通过对比AT后时效750 rpm、AT后时效1500 rpm、AT后固溶750 rpm和AT后固溶1500 rpm四个样品抗拉强度可以发现,AT后固溶1500 rpm样品的抗拉强度值最大且断在BM区,说明AT后固溶1500 rpm接头NZ的抗拉强度必然会更高,连接性能更好。因此,就本研究而言,母材选用固溶态材料,焊接转速1500 rpm,时效温度525℃,保温时间3h时,FSW接头性能会更佳。