摘要
Mg-Al-Zn-Si系耐热镁合金具有较优异的室温及高温力学性能，且成本低廉，具有广阔的应用前景。Mg2Si为高温生成相，有利于提高合金高温力学性能，但是Mg2Si容易生长为粗大的汉字状和多边形状，对力学性能不利，需要控制Mg2Si的形貌、数量、分布和大小等，提高合金的力学性能。本论文主要采用电感耦合等离子光谱分析，光学显微镜观察、X射线衍射分析、扫描电镜观察、硬度测试及力学性能检测，系统地研究了Al、Si、Ca、Sr对Mg-Al-Zn-Si合金组织和性能的影响及Sm对Mg-6Al-1Zn组织和性能的影响，探明了Mg2Si形貌的变化规律，得到以下结果： (1)探明了Al和Si含量对Mg2Si形貌变化的影响规律。Mg-Al-Zn合金中添加少量的Si元素后，生成粗大的汉字状形貌Mg2Si相；Al或Si含量增加，合金中开始出现多边形Mg2Si，同时汉字状Mg2Si减少。 (2)揭示了Al和Si元素与Mg-Al-Zn-Si合金微观组织和力学性能的相互关系。合金中Al或Si含量增加，汉字状Mg2Si颗粒减少，多边形Mg2Si颗粒增多。多边形Mg2Si颗粒不利于合金的力学性能，其含量越高，力学性能下降幅度越大。在Mg2Si颗粒由汉字状转化为多边形形貌的临界转化区域，Al和Si元素含量呈现线性关系。 (3)确定了合适的Al、Si添加量分别为6％和0.6％。Mg-6Al-1Zn-1.0Si合金中存在多边形Mg2Si和汉字状Mg2Si；Mg-6Al-1Zn-0.6Si合金中只存在汉字状Mg2Si。 (4)探明了微合金化元素Ca、Sr对合金微观组织与力学性能的影响规律。Ca和Sr都能细化汉字状和多边形状Mg2Si，使粗大的多边形Mg2Si细化为40～50μm的方块状，汉字状Mg2Si转化为～5μm的细小颗粒状，但是方块状Mg2Si不利于合金的力学性能。Ca和Sr主要富集在Mg2Si表面，多余的Ca以棒状CaMgSi存在，多余的Sr则以Al4Sr相存在；棒状的CaMgSi相会长成剪刀状，棒状的Al4Sr相会长成针状。 (5)确定了合适的Ca、Sr添加量分别为0.3％和0.1％。Sr具有比Ca更好的细化效果，Ca和Sr复合添加能形成更加弥散的Mg2Si，获得较好的组织，室温力学性能、150℃力学性能都上升。经过410℃/12h固溶处理后，合金具有更高的室温力学性能和150℃力学性能。 (6)揭示了Sm对Mg-6Al-1Zn组织和力学性能的影响规律。在Mg-6Al-1Zn合金中添加Sm后，合金中生成Al2Sm相，Al2Sm颗粒能够显著提高合金的150℃力学性能。但是Sm含量增加，Al2Sm增多并长大，同时Mg17Al12减少。
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