Mg-Si系镁合金作为轻合金,在航空航天和汽车工业领域具有很好的发展前景。Mg-Si合金在重力铸造下成型更节约成本,若向重力铸造的Mg-Si合金中加入Al、Ca元素,可以提高合金的力学性能和耐腐蚀性能,但加入量是关键因素,过多反而会降低合金的性能。在Mg-Si系合金,Si含量将直接影响Mg-Si系列合金的性能,因此Si含量的确定也至关重要。此外,对Mg-Si合金进行合金化后采用合适的热处理工艺可以进一步提高合金的性能。本实验向Mg-Si合金中添加Al和Ca元素形成Mg-xAl-y Si-zCa合金,其中x,y,z代表含量,旨在探究最佳成分的合金化Mg-Si系合金。利用OM,SEM,EDS,XRD,DSC,显微硬度计,万能机械拉伸机,电化学工作站和热处理炉等仪器,研究了合金的微观组织和性能,从而确定合适的Si含量的Mg-Si系列合金和Al和Ca的最佳添加量,最后研究了热处理工艺对最优成分的合金化Mg-Si合金组织和性能的影响。实验结果表明:Si含量主要影响汉字状Mg2Si相的尺寸,Si含量越多汉字状Mg2Si相越大;Al含量会同时影响Mg2Si相和Mg17Al12相的形貌和尺寸,Al含量越多,越能抑制汉字状Mg2Si相的尺寸,并且在含Ca的情况下能够促进汉字状Mg2Si相向块状Mg2Si相转变。Al含量越多也会使Mg17Al12相从颗粒状向连续条状转变,并且在Al含量为6%时,合金更容易达到Mg17Al12相的共晶成分点;当改变Ca元素的含量,若Al和Si含量处于较少的水平,仅影响条状CaMgSi相的数量;当Al和Si含量较高且Al/Si≧6/0.7,将会促进Mg2Si相的形貌由汉字状向块状转变。通过总结实验结果发现,使汉字状Mg2Si相向块状Mg2Si相生长将受到四个因素的共同影响,即Si含量要达到一定程度,固液区间要窄,液相线要低,还有合金溶液中存在异质形核点。合金中的Mg2Si相呈现细小汉字状形貌时,合金力学性能最佳,并且含有块状Mg2Si相的合金的强度高于含有粗大汉字Mg2Si相的合金。结果表明Mg-4Al-0.25Si-0.3Ca合金具有最优的综合性能,抗拉强度为174.3MPa,延伸率为10.38%。若第二相与基体之间的错配度越大,合金越容易在该第二相上断裂。另外相界两边的相的滑移系取向不一样,会导致断裂发生在第二相内。合金中Ca元素的加入使合金中的含Ca相最先受到腐蚀形成Ca2SiO4保护层,从而提高合金的耐腐蚀性能。对Mg-4Al-0.25Si-0.3Ca合金进行420℃固溶10 h,500℃固溶3 h,220℃时效7.5 h后,Mg2Si相和CaMgSi相发生球化,并且Mg17Al12相同时以晶内连续析出和晶界非连续析出的方式析出,热处理后合金的抗拉强度提高到194 MPa,腐蚀电流密度减少了54%,延伸率略微下降为9.1%。