【摘 要】
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镁合金由于密度低、比强度高等优点,在交通运输、电子3C等领域有着较为广泛的应用前景。但目前室温下变形能力差和绝对强度低等因素限制了镁合金的广泛应用。Mg-Zn-RE系准晶由于其特殊的结构和性能,不仅可以有效地增强镁合金,对镁合金塑性变形过程中的动态再结晶也有很大的影响。本文熔炼了三种不同准晶含量的名义成分分别为Mg-1.5Zn-0.25Gd（at.%）、Mg-3Zn-0.5Gd（at.%）和Mg-
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镁合金由于密度低、比强度高等优点,在交通运输、电子3C等领域有着较为广泛的应用前景。但目前室温下变形能力差和绝对强度低等因素限制了镁合金的广泛应用。Mg-Zn-RE系准晶由于其特殊的结构和性能,不仅可以有效地增强镁合金,对镁合金塑性变形过程中的动态再结晶也有很大的影响。本文熔炼了三种不同准晶含量的名义成分分别为Mg-1.5Zn-0.25Gd（at.%）、Mg-3Zn-0.5Gd（at.%）和Mg-6Zn-1Gd（at.%）的镁合金,并对其铸态、一次挤压态、半固态和二次挤压态的组织和性能进行了系统的研究。通过半固态+二次挤压工艺使准晶相细小弥散地分布在镁基体中,同时调控基体组织呈双峰组织,以获得低合金含量的高强度准晶增强镁合金。主要研究结果如下:通过常规铸造的方法获得含有准晶相的Mg-6x Zn-x Gd（x=0.25、0.5和1）合金,随后对铸态、一次挤压态和二次挤压态合金进行了组织和力学性能表征。铸态Mg-Zn-Gd合金中第二相主要以层片共准晶（I-phase+α-Mg）的形式存在于晶界处,且随着准晶相含量的增加,铸态合金的晶粒尺寸减小,强度提升但塑性下降。铸态Mg-Zn-Gd合金经一次挤压,层片状共准晶破碎并沿挤压方向呈条带状分布在基体中,合金的强度和延伸率得到了显著的提升。Mg-Zn-Gd合金经二次挤压后,晶粒和第二相尺寸得到了进一步细化,合金的强度和延伸率也略有提高。但由于初始态合金中的第二相比较粗大,通过常规挤压方式难以有效地细化第二相。为进一步提高Mg-Zn-Gd合金的综合性能,采用半固态+二次挤压复合工艺对低合金含量的Mg-Zn-Gd合金的组织进行调控。Mg-Zn-Gd合金经过半固态淬火处理可以在晶界处形成纳米层片共准晶（I-phase+α-Mg）,Mg-1.5Zn-0.25Gd合金和Mg-3Zn-0.5Gd合金纳米层片厚度分别为80±10 nm和85±14 nm。经过二次挤压,纳米层片共晶破碎成纳米级颗粒状和微米级颗粒状并沿着挤压方向呈条带状分布,同时基体组织呈双峰组织。随着双峰组织的形成和纳米层片共准晶的破碎,Mg-Zn-Gd合金的强度显著提高。Mg-1.5Zn-0.25Gd合金的屈服强度（YS）、极限抗拉强度（UTS）和延伸率（EL）分别为407±0.7 MPa、443±2.1 MPa和11±0.7%。Mg-3Zn-0.5Gd合金的YS、UTS和EL分别为356±0.7 MPa、413±1.4 MPa和12±1.3%。Mg-Zn-Gd合金的YS和UTS显著改善的主要原因有以下两点:（1）细小晶粒提供了晶界增强,未再结晶的晶粒具有很强的基面织构,通过抑制基面滑移而产生显著的增强效果。（2）准晶相的细化和弥散分布在基体中,充分发挥了其弥散强化效果。为研究挤压参数对双峰组织形成和层片共晶细化的影响,对二次挤压的挤压速度、挤压温度和挤压比参数进行了研究。结果表明,挤压速度和挤压温度的增加都会使得合金的再结晶程度增加,挤压比为12.25:1时合金具有较低的再结晶分数。此外,挤压参数对挤压后的第二相形貌也有显著影响,在高温或者摩擦和剧烈变形导致的高温条件下,准晶相的脆性会降低,从而导致塑性变形对层片状共准晶的破碎效果变弱。所以,在低温（≤300℃）、低速（≤1 mm/s）和适中挤压比（12.25:1）工艺下,Mg-1.5Zn-0.25Gd合金可以表现出较好的强度和延伸率组合。
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