超声振动塑性成形技术可以降低成形力,减小表面摩擦,改善表面成形质量,提高材料成形极限,促进变形,因此被广泛关注,已在拉丝、挤压和拉拔等多种塑性成形工艺中展开应用。现阶段我国航空航天领域取得了巨大进步,铆接技术因在飞机结构连接领域的重要作用而备受关注,随着航空用大直径钛合金与铝合金铆钉的大量应用,传统铆接方式已经难以克服铆钉的变形抗力并达到铆接干涉配合标准。将超声振动辅助塑性成形技术应用到铆接工艺,有望降低铆接力,促进塑性变形,改善铆接干涉量,提高铆接强度,推动我国铆接技术的发展及航空事业的进步。然而超声振动塑性变形机理较为复杂,作用机制尚不明确;目前对航空用钛合金与铝合金的超声振动塑性变形机理研究较少;超声辅助铆接技术尚处于初步探索阶段,还需要进行进一步的研究。本文选用航空铆钉常用Ti45Nb钛合金与2A10铝合金材料作为研究对象。针对以上问题,进行了超声辅助压缩试验,研究了超声振动辅助塑性变形行为并对塑性变形机理进行了分析。在万能试验机上搭载超声振动系统进行了超声辅助压缩试验,分析了超声加载过程中的材料变形行为。结合材料微观表征测试(OM、SEM、EBSD、TEM)结果、压缩过程中的温度变化和硬度测量结果研究了超声塑性变形机理;进行了钛合金和铝合金铆钉连接2A12-T4铝合金板材的超声辅助铆接试验。研究了超声辅助铆接过程中的铆接成形力。通过金相试验研究了铆钉镦头内部组织变化。利用影像测量仪测量变形后钉杆的直径,进而计算干涉量,分析了超声振动铆接质量。利用单铆钉与双铆钉剪切试验研究了不同铆接方式获得的铆接构件的铆接强度。研究表明:超声振动可以显著降低钛合金及铝合金变形过程中的流动应力,且下降幅度受超声加载时间影响较大。流动应力降低的主要原因是超声应力叠加效应和超声软化效应;通过对变形后材料的微观表征数据分析认为,超声能量更容易被晶体缺陷吸收,促进位错的移动、积累与重排,增加了位错与空位密度,从而使得小角度晶界数量的增加以及晶粒取向的改变,提高了变形能力。本文研究发现压缩试样和铆钉镦头部位径向塑性变形不协调,出现剪切变形现象,形成剪切带,剪切带中晶粒变形剧烈。在铝合金中,由于超声振动为位错移动提供了能量,使得位错克服了第二相粒子的阻碍,增加了小变形区变形程度,减小了小变形区和大变形区变形程度差,在一定程度上缓解了剪切带剧烈变形现象,使得变形更为均匀。在钛合金中,变形量较大的区域,如大变形区、剪切带和中心变形区,自身晶体缺陷数量多,受超声能量的作用更大,超声振动辅助变形现象与铝合金相反。在钛合金铆钉和铝合金铆钉连接2A12-T4铝合金板材的超声辅助单铆钉铆接试验中:铆接变形力在超声作用下显著降低,钛合金铆钉与铝合金铆钉铆接变形力分别下降了 6.41%和5.94%;相比于常规铆接,钛合金铆钉超声铆接后钉孔间干涉量提高了 1.76倍,铝合金铆钉提高了 1.96倍,而且超声铆接使得干涉量沿钉杆轴线分布更为均匀,具有更好的连接性能;超声铆接件的剪切强度比常规铆接方式提高了 2.45%,具有更好的铆接性能。双铆钉铆接强度试验中:超声铆接剪切性能略优于常规铆接,平行于剪切方向的双铆钉排列方式剪切强度要高于垂直于剪切方向的双铆钉排列方式。这对传统铆接工艺具有一定的参考价值。