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作为最轻的金属结构材料,镁合金被认为是轻量化的绝佳材料。但与传统的钢铁材料和铝合金相比,目前对于镁合金的研究和开发依然不够成熟。Mg–Al系合金是应用最广的商用镁合金,然而其高温强度和抗蠕变性往往较差。而Mg–Sn系合金基于自身的特点,具有开发出优良高温性能的潜力。因此国内外研究者一方面尝试将这两种合金系各自的优势结合起来开发出强韧性优良的Mg–Al–Sn系合金,另一方面尝试开发出性能优良且不含铝的Mg–Sn系合金来取代部分抗蠕变含铝镁合金。本文中我们主要研究了Zn和Sn含量对Mg–6Al–xSn (x=0–3.5wt.%)、Mg–6Al–3Sn (AT63)和Mg–5Sn铸造含锡镁合金显微组织与力学性能的影响规律,并将离心铸造方法引进到改善镁合金显微组织与力学性能的范畴中。本文的主要研究结果如下:(1) Sn含量对Mg–6Al–xSn (x=0–3.5wt.%)合金显微组织与力学性能的影响规律:除了细化晶粒,1.5–3.5wt.%Sn添加到Mg–6Al合金中还可以降低Al在α-Mg中的固溶度,增加相依生长共晶相Mg2Sn和Mg17Al12的体积分数,并降低α-Mg的开始凝固温度。室温下随着Sn含量从0wt.%增加到3.5wt.%,合金的抗拉强度σb和屈服强度σ0.2分别从244.2MPa增加到263.8MPa和从93.7MPa增加到108.5MPa,而总应变δf(断裂延伸率δp)却从39.1%(28.6%)降低到25.2%(20.0%)。在200oC时,3.5wt.%Sn添加使合金的σb和σ0.2分别从103.9MPa增加到123.8MPa和从70.9MPa增加到92.8MPa,而δf(δp)却从51.8%(49.8%)略微降低到49.8%(46.6%)。Sn添加有利于减弱高温对合金屈服强度不利的影响,并增加合金室温拉伸下加工硬化率,但却降低在200oC时的加工硬化率。(2) Zn添加对AT63合金显微组织与力学性能的影响规律:将0.1–0.7wt.%Zn添加到AT63合金中,可以逐渐细化晶粒并使相依生长共晶相Mg2Sn和Mg17Al12变得更为均匀分布。随着Zn含量从0wt.%增加到0.7wt.%,合金的σb和δf(δp)分别从251.0MPa增加到282.9MPa和从20.2%(12.9%)增加到31.7%(21.4%)。而σ0.2随着Zn含量从0wt.%增加到0.3wt.%时从105.7MPa迅速增加到134.3MPa,接着随着Zn含量增加到0.7wt.%时却变化不大。同时提高的强度和塑性应该源于这种晶粒细化以及共晶相更为均匀的分布。(3)离心铸造对Mg–5Sn合金显微组织与力学性能的影响规律:重力铸造Mg–5Sn合金的组织主要为树枝晶,而等轴晶却在离心铸造合金的组织中占据了主导作用。重力铸造合金的σb、σ0.2和δf分别为181.6MPa、38.7MPa和14.9%,但离心铸造位置1处(r1=0.05m)其值分别提高到257.5MPa、52.3MPa和21.2%,而位置2处(r1=0.10m)合金其值提高到255.8MPa、54.7MPa和17.6%。此外,离心铸造方法还可以显著提高合金加工硬化能力。同时提高的强度、塑性和加工硬化能力应当受益于这种由树枝晶转变为等轴晶的晶体生长方式转变。(4) Zn添加对Mg–5Sn合金时效反应的影响规律:Mg–5Sn–xZn (x=0–1.0wt.%)合金表现出一种时效双峰现象,0.5–1.0wt.%Zn添加可以逐渐缩短达到时效峰值的时间并逐渐提高时效峰处的显微硬度值。Mg–5Sn合金中第一个时效峰的出现源于尺寸较小、分布较分散的析出相,而第二个时效峰的产生则是因为一种新析出相的形成。相对于基面上的析出相,锥面或棱柱面上的析出相更加有利于提高合金的屈服强度,但却降低了塑性。