【摘 要】
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镁合金作为最轻的金属结构材料,在航空航天、3C、汽车等领域具有广阔的应用前景。近十年来,变形镁合金的力学性能取得了较大的进展,但目前高强度稀土镁合金的成本较高,实际应用受限。因此如何开发出力学性能优异的非稀土掺杂变形镁合金,成为其大规模工业化使用的前提。本文基于Mg-Al-Ca系变形镁合金的成分设计和工艺优化,以期开发出高性能、低成本的变形镁合金;并借助光学显微分析（OM）、扫描电镜（SEM）、电
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镁合金作为最轻的金属结构材料,在航空航天、3C、汽车等领域具有广阔的应用前景。近十年来,变形镁合金的力学性能取得了较大的进展,但目前高强度稀土镁合金的成本较高,实际应用受限。因此如何开发出力学性能优异的非稀土掺杂变形镁合金,成为其大规模工业化使用的前提。本文基于Mg-Al-Ca系变形镁合金的成分设计和工艺优化,以期开发出高性能、低成本的变形镁合金;并借助光学显微分析（OM）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射技术（EBSD）、透射电子显微技术（TEM）等对合金微观组织进行精细分析,以期阐述其高强韧化的机理,主要得到以下成果:制备出了高强韧兼备的Mg-1.3Al-1.2Ca-0.5Zn-0.6Mn（wt.%）合金,该合金屈服强度（YS）为～411 MPa,最大抗拉强度（UTS）为～418 MPa,同时具有很好的塑性,延伸率达到～8.9%。微观组织分析表明,该合金的高强度主要归因于超细的动态再结晶晶粒造成的细晶强化,未再结晶区高密度的位错,以及分布于合金基体与晶界的纳米级第二相颗粒贡献的沉淀强化和弥散强化等。同时,该合金的动态再结晶程度较高,细小的再结晶晶粒可协调变形而利于塑性。通过调整合金成分和挤压工艺,进一步制备出了超高强的Mg-1Al-1Ca-0.3Zn-0.4Mn（wt.%）合金,该合金屈服强度（YS）达到～435 MPa,最大抗拉强度（UTS）达到～449 MPa;在实现超高强的同时,还能得到良好的塑性,延伸率保持在～4.2%。该合金强度的进一步提升主要归因于弥散分布的纳米针状Al2Ca相。退火处理后,Al2Ca纳米相的密度进一步增加,从而保证了退火态合金同样保持了超高的强度（～444 MPa）。最后,开发出了高合金含量的Mg-Al-Ca合金,结合Zn、Mn元素的微合金,获得了优异的高温力学性能。其中,Mg-4Al-6Ca-1Zn-0.5Mn（wt.%）合金在200℃时的屈服强度（YS）达到～267 MPa,最大抗拉强度（UTS）达到～298 MPa。该合金高的耐热性,主要可以归因于镁合金基体中固溶的Zn、Ca元素造成的应力场钉扎位错运动;热稳定性极好的纳米级球状Al2Ca相弥散分布在合金基体、晶界以及动态再结晶晶粒内部,通过Orowan机制实现强化;微米级Al2Ca相和基体结合很好,能够承受更多的变形,并且阻止晶粒长大;偏聚在晶界和小角度晶界的Zn、Ca元素能够限制动态再结晶晶界的迁移,从而保证了高的耐热强度。
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