工程构件在服役过程中由于承载及环境因素影响会形成应力腐蚀裂纹等缺陷,为了提高其安全可靠性,延长其服役期限,需要在失稳扩展前对裂纹进行修复。双相不锈钢构件在常规焊接修复时,可能出现相比例失衡和有害相析出等问题,大幅降低构件性能,而搅拌摩擦加工修复由于其固相修复的本质可以有效避免这些问题。本文对5mm厚的2507双相不锈钢进行搅拌摩擦加工试验,优化设计了高熔点搅拌摩擦加工焊具,揭示了搅拌头磨损行为,分析了加工工艺参数对加工区组织结构、力学性能和耐蚀性能的影响,并研究了组织演变机制及其与性能的联系,为获得优质加工区域及进一步的加工修复提供理论指导。针对双相不锈钢材料特性,基于实现加工及减少磨损的条件下,完成了焊具材料及结构的优化设计,最终选用分体式设计并采用W-25Re作为搅拌头材料。加工工艺参数的改变使得搅拌头与材料的热力相互作用发生改变,加工温度场分布和主轴扭矩得以改变。随着搅拌头与材料之间的作用增强,加工峰值温度增加,材料塑化程度得以增加,从而导致加工过程中主轴扭矩降低。在加工过程中,搅拌针的磨损主要发生在初次下扎阶段,且在后续加工时逐渐趋于自优化形态,其磨损形式主要为扩散磨损和粘结磨损。在加工速度50-200mm/min,搅拌头转速200-600rpm下,加工区表面成形良好,表面存在少量毛刺。由于加工过程中不同的热机作用,加工区截面主要可以分为热机影响区及搅拌区;且仅在热塑性流动充分的参数下得到内部无缺陷的加工区。搅拌区的微观组织主要取决于加工过程中的应变速率和峰值温度,其应变速率越大,峰值温度越低,搅拌区的两相晶粒越小。加工热循环和应力变形对加工区组织两相比例的变化影响不大,其铁素体含量仍保持在标准规范40%-60%之间;通过控制应变速率和峰值温度,可以有效避免析出相的产生,仅在热输入较低参数时,在搅拌区底部存在少量σ析出相。加工区铁素体相和和奥氏体相层错能不同,因此在加工过程中两相再结晶机制存在差异,且铁素体相优于奥氏体相发生动态再结晶。搅拌区的力学性能及耐蚀性能与微观组织存在明显的对应关系。加工区显微硬度分布呈现盆状形貌,其硬度最高值出现在搅拌区前进侧的底部,对应搅拌区晶粒尺寸最细小处。搅拌区中晶粒细化所提供的晶界在拉伸过程中抑制了位错滑移,使得搅拌区拉伸强度要高于母材,而延伸率出现一定程度降低;且随着晶粒尺寸的减小,拉伸强度增加,延伸率降低。搅拌区细化的晶粒在腐蚀过程中促进了元素的扩散,增强了钝化膜的稳定性,其耐蚀性优于母材。基于组织与性能的联系,通过改变工艺参数控制搅拌区的微观组织结构,可以有效调控双相不锈钢加工区的性能。