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析出强化是提高镁合金强度的一种有效方法。本文以开发可时效非稀土镁合金为背景,通过在Mg-Zn-Co合金中添加1wt.%、2wt.%和3wt.%的非稀土Bi元素,研究了添加Bi元素对Mg-Zn-Co合金时效硬化、组织和力学性能的影响,并成功制备了一种高强Mg-Zn-Co-Bi合金。利用SEM、HAADF-STEM等技术对Mg-Zn-Co-Bi合金在人工时效过程中产生的析出相的种类、尺寸、数量密度、形貌、位向关系及与基体的界面结构进行了系统的实验研究和理论分析,并通过对合金进行力学性能测试,建立起合金成分、工艺、组织和力学性能之间的联系。研究了Mg-Zn-Co-x Bi铸造合金的时效行为及显微结构。随着Bi含量的提高,Mg-Zn-Co-x Bi合金的时效强化效果不断增强,添加3 wt.%Bi时最优,在200oC时效峰值硬度高达78HV,比不含Bi的合金高10HV,到达峰值硬度所需时间仅为2.5h,比不含Bi的合金缩短了一半。增强的时效强化效果主要来自更高数量密度的棒状相’1β、均匀分布的柱面片状相Mg3Bi2以及少量的锥面和基面片状相Mg3Bi2的贡献。添加3 wt.%Bi的合金在固溶处理后产生了更多的有效淬火空位,使得峰值棒状相’1β的数量密度提高以及过时效时棒状相’1β的快速粗化。柱面、基面和锥面片状相Mg3Bi2与基体有不同的取向关系,本文报道了两种新的取向关系。三类Mg3Bi2与基体相连的宽面都平行于23gB iM)0001(,采用了近重位点阵(NCS)晶体学模型对这一择优界面进行了合理解释。Co元素分别与Bi和Zn有着较强的化学亲和力,因此Co不仅偏聚到晶界附近的MgZn2和Mg3Bi2第二相中,还偏聚到时效过程中的’1β、’2β和Mg3Bi2析出相中,但并未改变各个相的结构。研究还发现时效温度能改变Mg3Bi2析出相的长厚比。研究了Bi对Mg-Zn-Co-Bi挤压合金组织及性能的影响。添加3Bi的合金经过挤压+T6处理后,析出强化效果比不含Bi的合金更好,析出了三类Mg3Bi2相以及数量密度更多的’1β相,使拉伸屈服强度高达322MPa,比不含Bi的合金高15MPa,压缩屈服强度比不含Bi的合金高49MPa。同时,T6处理产生的析出相使合金拉压不对称性得到一定程度优化。