由于力学性能和物理性能上的优势,铝合金在航空航天、航海及军工等方面的应用越来越广,但不同行业对铝合金性能要求的标准并不相同,传统焊接方式也难以发挥铝合金本身优良的性能。搅拌摩擦焊(Friction stir welding FSW)独特的工作原理使之特别适合于焊接镁、铝等低熔点金属,发挥铝合金本身优良的性能。本文主要研究7A04铝合金搅拌摩擦焊工艺及组织性能,以推动7000系铝合金搅拌摩擦焊在轨道交通方面的应用性。轨道交通由于振动的循环性,除对材料强度、硬度有一定要求外,还对材料的加工性及疲劳性能要求比较高。本文主要研究内容包括探究3mm厚7A04铝合金搅拌摩擦焊工艺,研究搅拌摩擦焊接头常规力学性能、疲劳强度等;此外,试验中在7A04铝合金中加入钇(Y)元素,探究不同Y含量对7A04铝合金显微组织、力学性能等的影响。试验结果表明,7A04铝合金搅拌摩擦焊接头焊核区晶粒同时经受搅拌头搅拌作用和摩擦热作用,发生动态再结晶,形成细小的等轴晶;热机影响区晶粒处于搅拌头轴肩边缘,受摩擦热作用小,未发生动态再结晶,晶粒被明显拉长,尺寸较大;热影响区晶粒未受到搅拌头搅拌作用,只受到摩擦的热作用,晶粒长大,是接头中性能较差的区域。硬度试验证明FSW接头显微硬度沿横截面方向呈“W”分布,母材硬度值最高约170HV200g;焊核区显微硬度略低于母材,但明显高于热机影响区和热影响区,达152HV200g;接头中硬度值最低处位于前进侧热影响区,硬度只有110HV200g。搅拌摩擦焊工艺试验证明旋转速度1000r/min,焊接速度120mm/min得到的搅拌摩擦焊接头具有最高的抗拉强度452MPa,为母材抗拉强度的77.3%,伸长率也较高为4.24%。对旋转速度1000r/min、焊接速度120mm/min接头进行疲劳试验,接头疲劳强度为141MPa,断口中存在韧窝,为韧性断裂。接头EBSD试验中搅拌摩擦焊接头热影响区和热机影响区小角度晶界比例达40%,远高于母材和焊核区小角度晶界比例;通过极图与反极图可观察到接头各区织构强度不是很高,不存在明显的方向性。在7A04铝合金合金优化试验中,添加钇元素后,铸态显微晶粒明显细化,抗拉强度有所升高,且随钇元素含量增加,晶粒越来越细小,强度越来越高,在钇元素含量为0.25%时晶粒尺寸最小,抗拉强度最高。对含0.25%钇的7A04铝合金进行搅拌摩擦焊,接头强度低于未添加Y元素的7A04铝合金搅拌摩擦焊接头。试验证明Y元素能细化晶粒,提高材料显微硬度、抗拉强度等力学性能,但含钇元素材料不适合进行焊接或热处理等加工。