本文以高氮奥氏体不锈钢为研究对象，采用搅拌摩擦焊接技术获得了无缺陷的焊接接头。基于强度匹配理论，深入研究接头梯度特征对其力学性能的影响规律。另外，针对接头焊核区的严重塑性变形组织，提出有效晶粒尺寸的概念，修正焊核区组织的晶粒尺寸同硬度的霍尔佩奇关系。并且对小角度晶界的强化机制等问题进行深入探讨。组织及性能的分析结果表明：焊接接头的平均含氮量与母材十分接近，几乎没有损失。接头各区域都由单一的奥氏体相组成。焊核区因发生动态再结晶而呈现细小晶粒组织。焊态接头的屈服强度远远高于母材，抗拉强度比母材略高，延伸率只达到了母材的78%。经过焊后热处理，接头的屈服强度下降至略高于母材的水平，抗拉强度变化较小，而延伸率恢复到母材的90%。研究发现：高氮钢搅拌摩擦焊接头呈现出明显的横向和纵向组织梯度特征。这种组织梯度导致了接头的高匹配特征，并呈现出高强度、低塑性的特点。焊后热处理可有效削弱焊态接头中的组织梯度，进而降低接头的强度匹配值。匹配值的降低有利于提升接头的延伸率，但是对接头的屈服强度和抗拉强度影响不大。通过同时降低接头的匹配值和焊核区在接头中所占比例的方法，可以得到高强度、高塑性的焊接接头。另外，通过对晶粒取向分布的计算，引入有效晶粒尺寸的概念，解决了严重塑性变形组织的晶粒尺寸和硬度值的拟合关系不符合传统的霍尔佩奇公式的问题。霍尔佩奇公式被修正为Hv=H0+kH[(kRX+kD)/kRX]1/2d-1/2，其中，kRX和kD是组织的再结晶程度因子和变形程度因子。等效霍尔佩奇斜率Keff等于kH[(kRX+kD)/kRX]1/2，它的物理意义是，随着组织变形程度的增加，晶界强化作用增强。随着再结晶程度的增加，晶界强化作用下降。根据修正结果，我们认为小角度晶界的强化机制可以用塞积模型来解释，小角度晶界也可以阻碍位错的运动。