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Mg-Al合金由于铸造性能优良、成本较低,是目前应用最广的铸造镁合金体系。然而由于缺少有效的晶粒细化剂、析出相较为粗大等因素,Mg-Al合金通常只能采用高压压铸成型,成型方式与力学性能受到很大限制,应用范围也仅局限于非承力结构部件。为了拓宽Mg-Al合金的成型方式限制,迫切需要Mg-Al合金有效的晶粒细化剂;为了改善Mg-Al合金的塑性,需要对粗大的Mg17Al12析出相进行改性以细化析出相。晶粒细化理论(E2EM)和实验研究表明,Al2RE颗粒能够很好的细化Mg-RE系合金,但能否细化Mg-9Al合金却缺少系统性的研究。本文通过在Mg-9Al合金中加入Sm元素,研究Al2Sm颗粒对Mg-9Al合金晶粒尺寸的影响和Sm元素对Mg-9Al合金时效析出相的影响,主要研究结论如下:(1)少量Sm元素(0.2wt.%)加入Mg-9Al合金中显著粗化了合金晶粒尺寸(172μm→396μm);进一步提高Sm元素含量,合金晶粒尺寸有所回落(~300μm),但与Mg-9Al合金相比,仍然比较粗大。不同含量的Si/Sr/Ca对Mg-9Al-2Sm合金晶粒尺寸影响较小。(2)与Mg-9Al合金相比,2Sm加入后引入Al2Sm颗粒,部分Al2Sm颗粒具有晶粒异质形核作用,但总体上合金晶粒尺寸粗化;离异共晶Mg17Al12形貌发上变化,由多孔状变成单一整块Mg17Al12离异共晶相;Sm加入降低了原始铸造态合金晶界与晶粒内部Al元素含量差异;在各种热处理状态下,Al2Sm颗粒均呈指数分布。(3)与Mg-9Al合金相比,Mg-9Al-2Sm合金200℃峰值时效硬度相当,但峰值时效时间明显延长,时效硬度增幅明显滞后;2Sm的加入能够显著降低Mg-9Al合金晶界处非连续析出相含量同时提高合金晶粒内部连续析出相密度。析出相的上述变化提高了合金的屈服强度;但由于晶粒的粗化和Al-Sm相的存在,合金的延伸率有所下降。在压铸条件下,两种合金屈服强度相当,Mg-9Al-2Sm合金具有更高的延伸率和抗拉强度。(4)以Y元素为代表,采用第一性原理计算了稀土RE元素对连续析出Mg17Al12相与α-Mg基体之间界面能的影响,研究表明RE元素倾向于置换Mg17Al12相中的Mg元素以降低系统能量,同时RE元素的引入将会降低晶粒内部连续析出相Mg17Al12/α-Mg界面能,界面能的降低可能是Mg-9Al-2Sm合金晶粒内部连续析出相密度提高的主要原因。