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现代工业的发展对金属构件提出减轻减薄的需求,镁合金作为轻金属材料广泛应用于汽车制造、交通、航天航空等领域,因此镁合金的连接问题得到关注,搅拌摩擦焊(FSW)作为一种固相连接技术可以避免传统焊接方法所产生的缺陷,获得性能良好的接头。本课题首先研究了铸轧态AZ91D以及挤压态Mg-6Zn-1Gd(ZG61)同种镁合金板材搅拌摩擦焊接头,对比了在相同参数下两种接头在成形、显微组织以及力学性能等方面的区别,分析了镁合金塑性成形能力与可选参数范围及接头成形之间的关系。其次研究了热轧态AZ91D与挤压态ZG61异种镁合金板材搅拌摩擦焊接头,分析了参数以及母材位置对于接头成形以及力学性能的影响,并深入探索了搅拌摩擦过程中金属流动方式与组织形成规律。采用搅拌头转速1000r/min及1200r/min,焊接速度40mm/min、80mm/min及120mm/min,共6组参数获得铸轧态AZ91D以及挤压态ZG61同种镁合金板材搅拌摩擦焊接头。对于AZ91D接头,热输入范围为10r/mm-15r/mm的3组参数均得到了无缺陷的焊缝,热输入过大或过小的另3组参数获得的焊缝存在表面质量差、沟槽以及内部孔洞等缺陷。相比于AZ91D接头,有4组参数获得了表面成形良好、内部质量高的ZG61接头。挤压态ZG61的塑性变形能力比铸轧态AZ91D更好,应变硬化指数测试结果验证了这一结论。力学性能结果表明：对于AZ91D接头,无缺陷的接头断裂位置为母材,抗拉强度为195MPa,存在缺陷的接头断裂位置为焊缝,抗拉强度低于195MPa。对于ZG61接头,无缺陷接头的裂纹均为从前进侧热机械影响区往底部焊核区扩展,断口与拉伸力方向之间的角度约为370,接头抗拉强度最大值为251MPa,达到母材的85%,有缺陷接头表现为沿缺陷的脆性断裂。AZ91D接头中观察到洋葱环结构,而在ZG61接头中却没有观察到这一特征。AZ91D接头完全再结晶的时间随着温度升高逐渐减少。ZG61接头在430℃进行固溶处理随着时间的增加,抗拉强度先增加再减小,处理2h获得的最高强度为256MPa,达到母材抗拉强度的86.77%,断口伸长率随时间延长增加,最高为5.8%。采用搅拌头转速1000r/min,焊接速度80mm/min、120mm/min、160mm/min及240mm/min共4组参数获得了热轧态AZ91D与挤压态ZG61异种镁合金板材的搅拌摩擦焊接头。3个低焊速参数获得的ZG61/AZ91D接头无缺陷,在高温、高应力作用下金属发生了剧烈的塑变与流动,形成了层片状晶结构以及洋葱环结构,而焊速为240mm/min获得的接头存在明显缺陷；所有参数获得的AZ91D/ZG61接头均有缺陷。ZG61/AZ91D接头的搅拌区显微硬度范围为76HV-84HV, AZ91D/ZG61接头搅拌区显微硬度范围为72HV-78HV。ZG61/AZ91D接头在低焊速下,抗拉强度较高,最高抗拉强度达到ZG61的86%,焊速为240mm/min时抗拉强度仅有140MPa。而AZ91D/ZG61接头的抗拉强度均只有30MPa-50MPa。