镁合金是一种绿色工程材料,对于汽车领域、3C电子工业领域、航空航天领域的轻量化应用有着重要意义。Mg-4.5Al-1.2Sn-0.7Zn（ATZ511）镁合金是在镁-铝-锌系镁合金的基础上添加了锡、锰等元素,改善了合金的组织,达到晶粒细化的效果,从而使强度和塑性增加,同时可以有效提高耐腐蚀性。此系列的镁合金尚处于研发阶段,在未来工业中具有广阔的应用前景。针对这种改性的镁合金的搅拌摩擦焊研究尚无报道,因此本文进行ATZ511镁合金搅拌摩擦焊的工艺、组织与性能研究。本文基于ABAQUS软件,运用ALE模型,建立了整个搅拌摩擦焊过程的热力耦合三维模型,通过与试验对比,验证了模型的可靠性。发现搅拌摩擦焊过程中板材高温区域出现在搅拌孔及其周围,温度场分布呈不对称形态,搅拌头前方温度变化较后方大。通过对距焊缝4mm处模拟与实际温度变化曲线对比,发现虽然存在温差,但温度变化趋势一致,模型基本准确。针对ATZ511镁合金做了一系列试验,包括:搅拌摩擦焊的工艺探索试验、测温实验、金相试验、硬度试验、力学拉伸试验。发现焊速恒定在75mm/min时,在研究范围内都能形成良好的焊缝表面,在1000-1500rpm形成的晶粒尺寸较小,随转速上升焊接最高温度先上升后趋于稳定;转速恒定在1500rpm时,焊速较低会产生严重的飞边,对于微观组织,随着焊速的提高,晶粒尺寸逐渐缩小,不同焊速下的最高温度基本相同,表明在一定范围内,焊接速度对整个焊接过程的温度影响不大,都能到达使材料塑化的条件。接头的显微硬度曲线呈“W”型,硬度峰值出现在焊缝中心,在两侧随着距离焊缝中心的距离增加出现两个硬度谷值,然后硬度增加至母材水平。在转速恒定在1500rpm时,焊速越高,焊缝中心的硬度峰值越高。在焊速恒定在75mm/min时,硬度随转速的上升一直下降。对于接头的力学拉伸性能,接头的最大抗拉强度及伸长率都小于母材,但是下降不多,能达到母材的90%以上,断裂位置是在与拉伸方向呈45°角分布的基面处。接头断口形貌都属于脆性断裂。