搅拌摩擦焊是一种先进的固态连接技术,其已在铝、镁等低熔点合金的连接中得到广泛应用。近年来,先进高熔点合金对连接新技术的需求推动了高熔点合金搅拌摩擦焊的研究。本论文以氮强化高锰奥氏体钢、高氮高锰钢以及Zr-Ti合金等先进高熔点合金作为研究对象,采用搅拌摩擦焊技术成功实现这些高熔点合金的同质及异质焊接。在此基础上,采用各种先进材料分析和测试方法,对氮强化奥氏体钢搅拌摩擦焊接头的组织及其室温和低温力学行为进行系统研究。基于强度匹配的理论,探讨同质和异质搅拌摩擦焊接头中的组织分布对接头拉伸性能的影响规律,进而提出改善接头力学性能的工艺方法。此外,针对搅拌摩擦加工特有的高应变、大应变速率的变形特点,探讨加工区组织与性能的相关性。对氮强化高锰奥氏体钢搅拌摩擦焊的研究表明:焊态接头的焊核区晶粒被显著细化,造成沿焊态搅拌摩擦焊接头横向存在大的组织差异;焊核区硬度和接头强度升高,延伸率下降,接头呈现强度高匹配特征。经焊后水韧处理,接头中的组织和硬度差异基本消除,室温力学性能与母材基本相当。但是,水韧态接头存在热影响区晶粒异常长大和低温沿晶脆性问题。初步分析认为,热影响区晶粒的异常长大以及低温沿晶脆性的产生与钢中溶质原子在晶界处的非平衡偏聚有关。为此,通过对水韧态接头进行低温退火,有效抑制了接头低温沿晶脆性,同时获得了优良的低温力学性能。对搅拌摩擦加工氮强化高锰奥氏体钢和高氮高锰钢的研究表明:加工区组织中存在高比例的小角度晶界,导致其强度和硬度与平均晶粒尺寸的关系偏离线性关系。为此,通过对加工区晶粒取向分布的统计,引入小角度晶界对力学性能的贡献,定义有效晶粒尺寸,进而对霍尔佩奇公式进行了修正。修正的霍尔佩奇公式对于具有高比例小角晶界的严重塑性变形组织具有普适性。对高氮高锰钢和304奥氏体不锈钢的异质搅拌摩擦焊接头的研究表明:采用搅拌摩擦焊技术可实现其良好的异质连接。异质接头中各个区域都由单一的奥氏体相组成。异质接头的硬度分布特征为:304不锈钢母材<高氮高锰钢母材<304不锈钢侧焊缝<高氮高锰钢侧焊缝。异质接头的屈服强度和抗拉强度均高于304不锈钢母材,而延伸率有所下降。对Zr-Ti合金搅拌摩擦焊接头的研究表明:搅拌摩擦焊可用于Zr-Ti合金的有效连接,焊核区组织通过连续动态再结晶机制得到显著细化。母材区保持了焊前的(α+β)的双相态,而焊核区、热机械影响区以及热影响区都由单一的β相组成。焊态接头硬度受相组成控制而非晶粒尺寸,在单一β相区域的硬度都低于双相区的硬度。通过采用焊后(α+β)双相区温度的退火,使Zr-Ti合金搅拌摩擦焊接头的硬度分布和拉伸性能恢复到(α+β)的双相态母材的水平。