旋转摩擦焊方法具有高效高质、绿色节能的突出特点,特别适合于回转体结构件的焊接制造,但由于焊接过程中接头界面沿径向产热和压力分布不均匀,从而导致接头整体性能不均衡并出现性能薄弱区,严重影响旋转摩擦焊接头的服役安全性,成为限制其在装备制造领域关键构件中应用的瓶颈。因此,开展旋转摩擦焊接头不均匀性的系统研究,以厘清旋转摩擦焊的焊接机理并揭示焊接过程中热力耦合作用对接头径向不均匀微观组织及性能的影响规律,进而指导制定解决接头组织性能不均匀性的工艺方法,具有重要的理论意义和工程价值。本文以2024铝合金同质组配旋转摩擦焊接头为研究对象,采用沿径向分区取样的研究方法,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、电子探针、聚焦离子束、透射电镜、万能材料试验机、数字图像相关系统和电化学工作站等设备,对焊态及不同时效态接头的微观组织、力学性能及腐蚀性能不均匀性开展研究分析,以揭示组织演变及性能不均匀分布规律,并探索解决接头不均匀性的热处理工艺方法。主要研究结果如下:焊态接头在强烈的不均匀热力耦合作用下沿径向织构演变出现明显差异,且织构的演变差异在宏观上导致了接头力学性能的不均匀性。由母材(BM)到动态再结晶区(DRZ)的织构演变规律为:0.25R处Copper→S→Brass(强)→Brass(弱);0.75R处Copper→S→Rotated Goss→Brass(弱)。0.25R处织构启动滑移系多但Schmid因子小,表现为硬取向,强度高;0.75R处织构启动滑移系少且Schmid因子较大,表现为软取向,强度低。焊态接头分区试样力学性能沿径向分布不均匀,0.25R力学性能最优,0.75R力学性能最差。0.25R抗拉强度最高为433MPa,延伸率最大为9.25%。拉伸过程中,不同位置分区试样微应变曲线均呈M型,应变集中发生在热影响区(HAZ)和热机影响区(TMAZ),且0.75R处的应变最大。焊态接头耐腐蚀性能沿径向出现明显差异,浸泡腐蚀后接头主要发生点蚀和晶间腐蚀,腐蚀程度沿径向逐渐加重,Center和0.25R腐蚀较轻,而0.5R和0.75R腐蚀严重。且靠近DRZ的热机影响区(TMAZ-D)和BM有较好的耐腐蚀性,而DRZ、靠近HAZ的热机影响区(TMAZ-H)和HAZ的耐腐蚀性较差。时效处理对接头分区试样抗拉强度的不均匀分布有均匀化作用。人工时效后分区试样抗拉强度最大差值仅9MPa,平均强度在400MPa以上;随着自然时效时间的延长,分区试样在抗拉强度提高的同时逐渐均匀化,但0.75R位置试样的抗拉强度依然相对较差。时效处理对接头不同区域的耐腐蚀性能也有均匀化作用。人工时效引起了晶内和晶界元素的均匀化分布,降低了晶间腐蚀的倾向,沿径向腐蚀不均匀性消失,DRZ、TMAZ、HAZ和BM均以点蚀为主。且长时间的自然时效处理也可使接头腐蚀不均匀性消失,BM耐腐蚀性能最优,DRZ、TMAZ、HAZ的腐蚀形式逐渐转变为以点蚀为主。