长久以来,铝合金与不锈钢的连接都是焊接领域的难点,因为两者的物化性能差别很大,使用一般的焊接方式很难将两者进行可靠连接。摩擦焊技术具有很多突出优点,十分适合异种金属的焊接。目前,关于7A04铝合金/304不锈钢摩擦焊接的相关研究未见报道,本文对这两种材料的摩擦焊接工艺进行了相关研究,对接头的力学性能、微观组织、元素扩散等进行了测试分析,并探究了焊后热处理对接头性能与组织的影响。研究结果表明,对于直径20mm的7A04铝合金和304不锈钢棒材,当采用转速600r/min,摩擦压力90MPa,轴向缩短量3mm,顶锻压力150MPa,顶锻时间10s的摩擦焊参数时,接头飞边形貌良好,焊缝无孔隙、杂质等缺陷,其抗拉强度达到114MPa。接头铝合金一侧微观组织分可为3个区域:细晶区、变形区和母材区。细晶区的组织发生动态再结晶,晶粒细化,有利于提高接头性能;变形区组织受摩擦扭矩和轴向压力影响呈条状挤压形态。不锈钢组织没有发生明显变化。接头焊合区的元素发生了互扩散现象,金属间化合物层的厚度对接头性能影响很大,采用上述工艺时,元素扩散距离相对较短,扩散层厚度为2.5μm左右,有效避免了生成过多金属间化合物。结合面的金属间化合物主要为FeAl、Al13Fe4、Al3Ni2和AlNi3。靠近焊缝的组织显微硬度高于基体正常水平,接头沿径向分布的显微硬度值变化不大。为研究焊后热处理对接头性能与组织的影响,采用350℃、400℃、450℃和500℃下分别保温2h、3h和4h的工艺对接头进行退火处理。结果表明,退火后的接头铝合金一侧微观组织发生了回复与再结晶,析出大量强化相粒子,靠近焊缝的组织依旧更加致密,晶粒发生长大的现象,退火温度越高,保温时间越长,晶粒尺寸越大。退火处理后,铝合金组织发生软化,显微硬度值降低明显,不锈钢一侧则是略有降低。不同退火工艺下结合面的金属间化合物种类相同,只是含量有所区别。如果能把接头扩散层厚度控制在3μm以内,则有助于提高接头性能,当超过3μm时,其性能将大幅降低。经350℃和400℃退火的接头,其扩散层厚度基本都在3μm以内,接头性能有所提高;经450℃和500℃退火的接头,其扩散层厚度均在4.8μm以上,接头性能有所降低。当采用400℃×3h的退火工艺时,接头抗拉强度最大,较退火前提高了 61MPa,达到了 175MPa。