旋转摩擦焊作为一种高效和环保的精密固相连接技术,具有广阔的应用前景,特别是需要高可靠性连接的航空航天领域,究其原因是缺乏对旋转摩擦焊相关成形基础理论及接头微观组织与力学性能分布的系统性研究,从而导致其缺乏相应的设计准则以及可靠的工艺规范带。基于此,本文以旋转摩擦焊实验为主要研究手段,以具有不同物性参数（高温屈服强度）的材料为研究对象,揭示接头成形过程中界面摩擦行为及其对工艺参量的响应行为,并在此基础上表征接头径向微观组织与其相应力学性能分布。最后,将上述理论推广应用到异质接头成形过程,为实现其在高质量和可靠性应用背景下的广泛应用奠定一定的理论和工艺基础。本研究主要研究内容和结果如下:首先,通过对具有不同高温屈服强度的合金进行旋转摩擦焊实验,揭示了材料的高温屈服强度以及焊接过程中初始摩擦阶段产热占比对接头界面摩擦行为的影响。当初始摩擦阶段产热占比大,约在20%以上时,且高温屈服强度小时,摩擦时间、摩擦总产热量、轴向缩短速率以及热流模式等一系列物理量对工艺参数的响应行为明显;而当初始摩擦阶段产热占比低,约在10%以下时,且材料高温屈服强度大时,相应物理量对工艺参数的响应行为则变弱。值得注意的是,GH4169在焊接过程中产生了双扭矩峰值,产生这一系列现象主要与初始摩擦阶段产热不足、初始摩擦阶段沉淀相溶解以及对应时刻的低位错密度相关。通过对旋转摩擦焊径向微观组织进行对比分析,发现其分布特征存在差异,且其差异性随工艺参数的变化而变化。AA6061接头呈现焊缝外缘处晶粒粗化,而1/2半径以及焊缝中心处晶粒细化。GH2132接头径向各位置处的小角度晶界比例和织构存在差异,且这一差异随着摩擦压力增大而降低。在低摩擦压力下,焊缝中心处焊核区小角度晶界比例接近母材,动态再结晶程度充分,其再结晶机制为连续动态再结晶和非连续动态再结晶,此处织构为立方织构{001}。焊缝外缘以及1/2半径处焊核区小角度晶界比例远大于母材,此时除了连续动态再结晶与非连续动态再结晶,同时还存在动态回复,1/2半径处织构也为立方织构{001},而焊缝外缘处为立方织构{001}和旋转立方织构{001};在大摩擦压力下,焊缝径向各处焊核区小角度晶界比例均大于母材,且均存在连续动态再结晶、非连续动态再结晶以及动态回复机制,织构皆为立方织构{001},且各区域织构强度差异不大。GH4169在成形过程中,焊缝中心和外缘处的位错演变特征存在差异,即焊缝外缘处的位错增殖以及再结晶程度始终不及焊缝中心。再次,通过对旋转摩擦焊接头径向力学性能进行比较,发现其分布主要受工艺参数的影响。转速将会影响AA6061接头的硬度曲线以及径向各区域的抗拉强度分布,且在900rpm条件下可以获得径向力学性能分布均匀的接头。对GH2132的旋转摩擦焊接头,在低摩擦压力下,GH2132焊缝外缘处硬度曲线呈“U”形,而焊缝1/2半径以及中心处硬度曲线呈现“W”形;大摩擦压力下焊缝的整体硬度提高,同时接头的径向均匀性提升,且硬度分布规律发生改变,焊缝外缘和1/2半径处硬度分布呈现“U”形,而焊缝中心处呈现“W”形。转速对GH2132接头径向抗拉强度以及断裂延伸率分布存在影响。900rpm时,断裂延伸率的径向分布差异较大,且此时径向不同区域在拉伸过程中的局部应变演变呈现不同规律,接头在热处理后,上述接头径向力学性能不均匀分布得到极大缓解。最后,将上述研究成果进一步推广到典型异质组配TC4/SUS321焊接中,获得了转速这一关键工艺参量对其接头径向组织分布以及力学性能的影响。发现随转速变化,其平衡态温度变化曲线随转速变化呈现“V曲线”趋势,且在600rpm时取得极小值,界面径向温度分布呈现从中心到外缘逐步降低的趋势,而接头径向分布的金属间化合物厚度对转速变化的响应行为不明显,但界面处的金属间化合物的分布形态从弥散分布转变为层片状分布,且弥散分布的金属间化合物对提高接头的抗拉强度至关重要。这一系列研究成果将能进一步推动旋转摩擦焊在航空航天等高技术领域的应用。