铝-钢异种金属的连接在造船、航空、汽车制造等领域具有重要应用,然而由于铝与钢之间物理、化学、力学等性能差异巨大,很难用传统的熔化焊连接。作为一种新型的固相连接技术,搅拌摩擦焊(FSW)在铝-钢异种金属连接中越来越得到广泛关注。本文以汽车制造中常用的5182铝合金与DP1180双相钢薄板(1.2mm厚)为研究对象,系统地研究了铝-钢异种金属FSW对接及搭接工艺,并对接头的微观组织及力学性能做了深入、细致的探讨。主要研究目标为:通过对铝-钢异种金属FSW工艺优化分析,阐明影响接头质量的关键因素,得到与无缺陷、高质量接头;揭示界面金属间化合物(IMC)微观组织特点,阐明界面成形机理,揭示界面微观组织与力学性能之间的关系。主要进行了以下研究工作:选取1.2 mm厚铝-钢薄板进行FSW对接研究,当钢板位于前进侧、铝板位于后退侧时可获得无缺陷的接头,采用搅拌工具偏置,向钢侧偏置1 mm时接头成形性最佳。通过调整转速、焊速两个工艺参数来控制FSW过程中的热输入。当采用转速为400 rpm,焊速为50 mm/min的较低热输入时,可获得与母材等强度、无缺陷、高质量的FSW接头。在此参数下,铝-钢界面处生成一层均匀而连续的IMC薄层,两种材料之间达到良好的冶金结合。利用透射电镜(TEM)对铝-钢FSW对接接头的焊核区及界面处的IMC形貌进行了细致研究,并对Al-Fe反应机理进行了阐述。焊核区能观察到涡旋状洋葱环流动形貌,且不均匀地分布着大小不一的钢颗粒。钢颗粒周围有Al-Fe的IMC生成,经电子衍射谱分析确定为Al5Fe2。铝-钢界面附近分布着许多堆垛层状结构,一定程度上增加了界面IMC层的厚度,降低力学性能。利用TEM进行细致观察发现,Al-Fe界面区由钢侧混合层和厚度大约为250 nm的IMC层组成。混合层呈明暗条带状相间,由约50 nm厚的IMC条带与约500 nm厚的钢母材交替排列组成。IMC层附近存在大量Al的超细晶,钢侧混合层观察到拉长变形的晶粒。电子衍射谱分析表明,对接界面上的Al-Fe IMC为Al5Fe2。选用不同尺寸的搅拌工具,对铝-钢进行FSW搭接,研究了不同搅拌工具尺寸、下压量及热输入对接头组织及性能的影响。将钢板置于下方,铝板置于上方,下压量为压入钢板0.2 mm。采用大尺寸的搅拌工具,当转速为800 rpm,焊速为50mm/min,钢置于前进侧时,获得断在母材与母材等强度的接头。在焊核区界面附近分布着许多剥落在铝基体中的钢颗粒,其周围包裹着很厚的IMC。Hook缺陷明显得到控制减弱,仅在前进侧微小突起,且在界面形成了连续、均匀的IMC层,经EDS成分分析为Al4Fe。