镁合金独特的物理和化学性质使其在很多领域均有应用,但镁合金熔点低,化学性质比较活泼,其在传统的熔化焊接过程中存在诸多问题。搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)这一新型固相连接技术为镁合金的优质焊接提供了新思路。但由于FSW过程中焊缝两侧热输入不均匀,造成接头不同区域具有非对称的微观组织和力学性能,在加载过程中会表现出不同的变形特性,因此,研究镁合金FSW接头不同区域的疲劳裂纹扩展和断裂特性具有重要的实用价值和科学意义,为镁合金进一步的广泛应用提供技术支持和理论依据。本文采用红外热像技术分析了FSW焊接时焊接热输入对AZ31B镁合金微观组织的影响;对AZ31B镁合金FSW接头进行了显微硬度测试和EBSD数据分析;研究了AZ31B镁合金及其FSW接头不同区域(焊核区、前进侧热影响区、后退侧热影响区)材料的疲劳裂纹扩展行为,分析了材料变形过程中的表面温度演变特征,并对断口形貌进行了SEM分析。AZ31B镁合金FSW过程中焊核区(NZ)发生了完全的动态再结晶,具有等轴的细小晶粒,热机械影响区(TMAZ)受到搅拌针的搅碎作用不明显,发生了不完全动态再结晶,晶粒粗细不均匀;热影响区(HAZ)只受到焊接温度场的影响,保持与母材相同的晶粒结构,但平均晶粒尺寸有所增大。FSW接头EBSD统计结果显示,与HAZ相比,NZ晶粒具有较大的Schmid因子均值,材料趋于软取向,因此NZ具有较小的塑性变形抗力,材料容易变形;前进侧HAZ和后退侧HAZ的Schmid因子相差不大。因此,在裂纹扩展过程中,相同循环加载下,与前进侧HAZ、后退侧HAZ试样相比,NZ试样具有更短的疲劳寿命,更快的裂纹扩展速率,裂纹扩展过程中具有最高的表面温度演变。循环加载过程中,试样表面温度演变与其裂纹扩展变形行为具有对应关系。试样表面温度演变曲线可以分为三个阶段:阶段I裂纹扩展处在初始扩展阶段,温度缓慢上升;阶段II裂纹扩展处在稳定扩展阶段,试样表面温度达到动态平衡;阶段III裂纹扩展处在快速扩展阶段,裂纹失稳扩展,裂纹尖端应变较大,表面温度迅速升高。AZ31B镁合金及其FSW接头NZ、HAZ试样的裂纹扩展断口形貌具有相似的变化规律,即由脆性较大的解理断口向塑性相对较好的准解理断口转变。其中,NZ断口形貌表现出更大程度的塑性,这表明NZ材料更易变形;另一方面,HAZ在裂纹扩展过程中出现较多的二次裂纹和裂纹分叉现象,削弱了主裂纹的扩展,因此NZ具有比HAZ试样更大的裂纹扩展速率。