【摘 要】
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镁合金作为21世纪新兴起的金属材料,具有比强度高、阻尼性能好、密度小等优点,在汽车和航空航天等多个领域具有广阔的应用前景。然而,其密排六方（HCP）晶体结构导致室温成形性较差,限制了其广泛应用。镁合金合金化是实现晶粒细化、析出相强化和织构弱化的简单有效方法之一。近些年的研究发现,可通过调整Ca/Al值生成不同类型含Ca相来优化Mg-Al-Ca合金的力学性能。有报道称,碱土金属和稀土元素的复合添加可
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镁合金作为21世纪新兴起的金属材料,具有比强度高、阻尼性能好、密度小等优点,在汽车和航空航天等多个领域具有广阔的应用前景。然而,其密排六方（HCP）晶体结构导致室温成形性较差,限制了其广泛应用。镁合金合金化是实现晶粒细化、析出相强化和织构弱化的简单有效方法之一。近些年的研究发现,可通过调整Ca/Al值生成不同类型含Ca相来优化Mg-Al-Ca合金的力学性能。有报道称,碱土金属和稀土元素的复合添加可通过固溶强化、析出强化、晶粒细化和织构弱化等有效改善Mg-Al系合金的室温和高温力学性能。因此,在Mg-Al-Ca系合金中添加稀土元素有望进一步提高镁合金的成形性。因此,基于上述研究,本文采用低合金化的方法,在固定Ca/Al值的条件下设计了四组不同Sm元素含量的Mg-1Al-0.3Ca-x Sm（x=0,0.2,0.7,1.0 wt%）合金。研究Sm元素对铸态、挤压和轧制合金微观组织及力学性能的影响,为发展高性能镁合金提供理论依据。主要结论如下:（1）随着Sm元素含量从0 wt.%增加到1.0 wt.%,铸态Mg-1Al-0.3Ca合金晶粒由枝晶向等轴晶转变,合金晶粒尺寸降低。颗粒状和鱼骨状的Al2Ca相为铸态Mg-1Al-0.3Ca合金中第二相的主要组成。添加Sm元素后,Al2Ca相减少,Al-Sm相的种类、尺寸及体积分数增加,以层片状Al2Sm相和针状Al11Sm3相为主。（2）挤压Mg-1Al-0.3Ca-x Sm（x=0,0.2,0.7,1.0 wt%）合金中主要存在Al2Ca和Al2Sm相,合金织构弱化程度与Sm元素含量成正相关。纳米级Al2Ca相呈棒状和多边形状,分布在晶内及晶界处,颗粒状的微米级Al2Ca相和Al2Sm相主要沿晶界分布。由于部分Al2Sm相粒径尺寸较大且沿ED方向分布,形成第二相带,含Sm合金的塑性未得到改善。晶界处形成的具有高热稳定性的Al2Sm相能有效阻碍晶界滑移,提高合金的高温力学性能。（3）经过轧制变形,挤压态合金中原有的沿ED方向分布的大尺寸第二相破碎细化且均匀分布在合金基体中,合金强度升高。通过对比轧制Mg-1Al-0.3Ca和Mg-1Al-0.3Ca-0.7Sm合金退火前后的织构强度差值,得出Sm元素对Mg-1Al-0.3Ca-x Sm合金的完全静态再结晶组织无明显影响。300℃退火5 min后的轧制Mg-1Al-0.3Ca-0.7Sm合金由于保留了部分位错且部分晶粒再结晶完全,所以力学性能最佳（YS:203.9 MPa,UTS:251.5 MPa,EL:15.4%）。
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