镁合金因其具有密度低、比强度高、导热性好等优点而在交通运输领域得以广泛应用,而通过传统的连接方式获得的接头容易出现气孔、夹杂等缺陷,严重降低了结构件的服役寿命,限制了镁合金的应用。搅拌摩擦焊接技术可以实现金属材料的固态连接,较传统连接方法具有明显的优势。然而,压铸态镁合金的搅拌摩擦焊接仍然存在一些需要解决的问题,搅拌摩擦焊接过程中的显微组织分布和晶粒取向变化以及接头在变形过程中的演变机理和规律尚未形成统一的观点,需要进一步研究,以实现对搅拌摩擦焊工艺参数的优化和接头综合性能的提高。因此,本文以压铸态AZ31镁合金为研究对象,采用数值模拟方法对焊接过程中的温度场进行模拟,结合实验研究方法阐明焊接速度和旋转速度对接头微观组织演变、力学性能以及腐蚀性能的影响规律。同时,对焊后接头进行了拉伸、压缩和三点弯曲实验研究,获得不同变形条件下的组织演变机理和规律,以期对镁合金的搅拌摩擦焊接技术和工程应用提供理论依据。首先,采用有限元数值模拟,对搅拌摩擦焊接头的温度场分布规律进行研究,利用ABQUS软件建立了搅拌摩擦焊接模型,分析焊接过程中温度场随着时间和位置的变化规律。结果表明:随着旋转速度的增加或横移速度的降低,接头产热相应的增加,焊接温度均小于镁合金的熔点（650℃）,能实现固态焊接。同时,接头上层温度明显高于下层温度,表明搅拌摩擦产热主要来源于轴肩的摩擦运动,而搅拌针摩擦运动和材料的塑性变形只提供少量的热量。其次,采用不同工艺参数对AZ31镁合金进行搅拌摩擦焊接,获得成形质量良好的无缺陷焊缝。结果表明:焊缝中心区域具有最强的{0001}基面织构,其c轴方向平行于焊接方向。而从焊缝中心到焊缝两侧移动,不仅织构强度降低,其c轴方向也从焊接方向（WD）倾斜向侧向（TD）。1400rpm-300mm/min接头具有较小的晶粒尺寸,并且界面处的过渡更加均匀。该接头具有最好的力学性能,其抗拉强度和断裂伸长率分别为252MPa和16.6%,分别达到母材的90%和75%。接头的微区织构和斯密特因子分析也表明,该接头织构强度居中,但基面滑移和孪生的施密特因子都较高。通过断口观察确定侧向拉伸过程中裂纹是沿着前进侧界面扩展,因为该区域是大小晶粒的混晶状态,也是晶体取向的过渡区。再次,对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头进行退火工艺研究。结果表明:AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的塑性变形能力随着退火温度的升高先增加后降低,在200℃退火时获得最大伸长率。而经过200℃不同时间的退火处理后确定接头的最佳热处理工艺为200℃+30min,该工艺可以释放接头内部的残余应力和减少亚结构,改善过渡区域组织分布。力学性能测试结果表明,在该条件下进行退火处理的接头可以获得最佳的综合力学性能,抗拉强度从241.2MPa增加到248.2MPa,而伸长率从7.5%提高到11.4%。然后,对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头进行腐蚀行为研究,从而确定接头的腐蚀机理和规律。电化学腐蚀结果表明:不同转速的AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀性能差别较大,随着旋转速度的增加,接头的腐蚀速率变慢,耐腐蚀性能变好;而对3.5%Na2SO4溶液,不同转速接头的腐蚀性能差别不大。接头不同区域的电化学测试表明,焊核区具有较好的耐腐蚀性,其自腐蚀电流密度最小（18.61μA/cm2）,而前进侧和后退侧过渡区的自腐蚀电流密度较高,分别为34.39μA/cm2和28.09μA/cm2,成为腐蚀过程的薄弱区域。接头的腐蚀行为可以分为两个过程,首先在短时间的浸泡过程中,腐蚀行为主要起源于局部的点蚀。随着浸泡时间的延长,腐蚀形貌从点蚀变为丝状腐蚀和树枝状腐蚀。最后,分析AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头在单向应力状态和复杂应力状态下的变形行为和微观组织演变机制。结果表明:AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头经过变形后表面会产生明显的浮凸现象。经三点弯曲的复杂应力变形后,接头的表面浮凸现象最为复杂,表现为三个凹区域和三个凸区域。在拉伸变形过程中主要依靠过渡区域的孪生机制协调变形。在压缩变形过程中的,由于应力状态的变化,接头的变形主要集中在焊核区,孪生以～86°的{10-12}扩展孪晶为主;而在弯曲过程中的应力状态较为复杂,有三个不同区域会产生明显的孪晶,其一为压应力侧的焊核区,该区域具有c轴平行于焊接方向的{0001}基面织构,孪生机制在压应力状态下被激活。而其二和其三为拉应力侧的过渡区,该区域具有c轴平行于侧向的{0001}基面织构,其孪生机制是在拉应力状态下被激活。综上,本文对压铸态AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头进行大量的研究,系统的阐述了镁合金在搅拌摩擦焊接过程以及后续变形过程中的组织演变机理,并建立了接头性能与微观组织之间的内在联系,为改善接头综合性能以及进一步扩展镁合金的工程应用提供理论基础。