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Mg-Sn-Si系合金是一种潜在的新型耐热镁合金。到目前为止,该合金的组织结构、制备工艺和强韧化机理处于探索阶段,使其应用和发展受到限制。本文首先采用常规凝固法制备Mg-3~8Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金,用OM、SEM和TEM观察和分析合金组织,XRD、EDS和DSC等分析合金相结构及组成。通过组织观察和Thermo-Calc相图计算研究了合金的结晶和相变过程;进而在系统研究合金普通凝固组织特征和结构的基础上,探索了合金的组织细化及细化机理。集中研究了铸态合金经Sb变质和变形加工的组织演化过程,通过分析变形合金的动态再结晶机理,揭示了晶粒细化的原因;最后在初步测试不同条件下合金的力学性能后,分析了Mg-Sn-Si系合金的强韧化机制。研究表明,Mg-5Sn-1Si合金的平衡凝固顺序为:L→α-Mg,L+α-Mg→α-Mg+Mg2(Si,Sn)和L→(α-Mg+Mg2(Si,Sn)+Mg2(Sn,Si)),之后一直到室温发生α-Mg→α-Mg+Mg2(Sn,Si)。而非平衡凝固过程包括:L→α-Mg,L+α-Mg→α-Mg+Mg2(Si,Sn),L→α-Mg+Mg2Si,Sn+Mg2Si→Mg2(Si,Sn),Sn+Mg2(Si,Sn)→Mg2(Sn,Si)+Si和Si+Mg2Sn→Mg2(Sn,Si),之后到室温发生α-Mg→Mg2Sn+Mg2(Si,Sn)。其中Mg2(Si,Sn)和Mg2(Sn,Si)相的结构与Mg2Si(或Mg2Sn)相同,二者的晶格常数、纳米硬度和弹性模量等性能介于Mg2Si与Mg2Sn之间。通过计算Mg8Sn3Si、Mg8Si3Sn的结合能发现,Si(Sn)取代Mg2Sn(Mg2Si)面心和顶点位置上的原子是等价的。Mg2(Si,Sn)和Mg2(Sn,Si)三元相通过Sn+Mg2Si→Mg2(Si,Sn),Sn+Mg2(Si,Sn)→Mg2(Sn,Si)+Si和Si+Mg2Sn→Mg2(Sn,Si)发生原子置换,其中Mg2(Si,Sn)相的生成量由Si含量决定,Mg2(Sn,Si)的生成量与被取代的Si原子数量及Sn含量关系密切。在Mg-xSn-Si系铸态合金中,Sb通过Mg2(Si,Sn)和Mg2(Sn,Si)的桥梁作用,对汉字状Mg2Si进行变质处理,细化效果较为显著。正挤压后,Mg2Si相呈现片状聚集,Mg2Sn相偏聚在晶界处。Mg2(Si,Sn)相和Mg2(Sn,Si)相被细化,颗粒尺寸由铸态10μm细化到~3μm。挤压过程中Mg2(Si,Sn)相经机械破碎而细化,Mg2(Sn,Si)相经机械破碎和相变而细化。往复挤压后,组织通过连续或非连续动态再结晶而细化,晶粒尺寸由铸态的30μm细化到~8μm,经过7道次往复挤压,合金组织细小均匀,晶粒细化到7.7μm。经过变质和变形细化后,合金的强度和塑性得到显著提高,一方面是基体晶粒的细化,另一方面是强化相的均匀分布,更为关键的是与“Mg2Si/基体”界面结合情况相比,“Mg2(Si,Sn)或Mg2(Sn,Si)/基体”界面结合力更强,从而提高了合金强度和塑性。往复挤压Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金经固溶+时效热处理后,其强韧性更佳,200℃的强度保持率为59.7%,Sb变质后强度保持率升高到62.6%;高温变形以晶界滑移为主,变形机制与合金的复合强化、热处理工艺、活性元素作用及动态再结晶有一定关系。