镁及其合金是迄今为止最轻的金属结构材料,但在加工过程中易出现织构,使组织和力学性能具有明显的各向异性。合金化作为一种可以改善镁合金组织和综合力学性能的途径,越来越受到人们的重视。因为稀土元素具有独特的性质,添加稀土是近年来的一个研究热点。稀土元素的添加常常能改善镁合金的织构和力学性能。作为合金元素,稀土会与镁合金固有的合金元素发生交互作用,使得相关元素的存在形式(即固溶或第二相)发生改变。合金元素存在形式的变化会影响合金热变形过程中微观组织的演变,进而影响最终的组织和力学性能。然而,已有研究很少关注稀土与其他合金元素的交互作用,稀土的添加对镁合金组织和力学性能的影响还需进一步澄清。本课题选用稀土铒(Er)添加到商业镁合金ZK60中进行研究,旨在为调控镁合金织构和设计高性能镁合金提供理论指导。课题研究了稀土的加入对合金元素固溶和第二相的影响,并在此基础上系统研究了合金的力学性能和热加工过程中组织的演变规律,获得了稀土的加入对动态再结晶、织构和力学性能的影响规律。相关主要结论如下:1)Er在合金中的存在形式为Mg-Zn-Er三元化合物。当Zn/Er质量比在6和12之间时,合金中含Er相主要为I相(准晶)。当Zn/Er质量比在1.5和3之间时,合金中的含Er相为I相和W相(面心立方)。W相是一种有序相,与a-Mg基体共格,取向关系为:w Mg<001>//<1120>,()wMg022//(0002)。Zn的存在形式包括化合物和固溶体两种。随着Er含量的增加,均匀化态合金中Mg-Zn化合物的含量和固溶于a-Mg中的Zn含量呈减少的趋势。2)稀土Er的加入影响第二相的分布进而影响变形过程中孪晶的形貌。ZK60合金晶粒内含有较多的Mg-Zn化合物,所以孪晶多呈针状,而含Er合金孪晶多为凸镜形貌。添加稀土Er后,合金固溶含量、第二相分布和初始晶粒尺寸发生改变,使孪生发生率在添加稀土Er后明显降低。3)热变形过程中多种动态再结晶机制在峰值应变附近开启。不管第二相粒子的种类如何,粒子激发形核均形成取向弥散的晶粒。随着变形的进行,非连续动态再结晶和孪晶诱发再结晶逐渐变弱,连续动态再结晶逐渐成为主要的再结晶机制。第二相体积分数越高,粒子激发形核的贡献越大。随着第二相在变形过程中逐渐破碎,粒子激发形核的作用逐渐被耗竭。所有合金在变形过程中均逐渐形成基面织构。细化铸态合金晶粒或向铸态组织中引入较多的均匀分布的硬质第二相,有利于获得较弱的镁合金变形织构。4)由于Er和Zn交互作用,在实验添加范围内(0~4 wt%)Er的加入使得挤压棒材拉伸强度略微增加,塑性略微降低。热处理可以进一步调控形变合金的力学性能。在400℃对挤压棒材进行固溶热处理时,Mg-Zn化合物逐渐溶于基体,同时a-Mg基体内缺陷逐渐减少。随着固溶时间的延长(1.5~12小时),合金强度逐渐降低但塑性不断提高。对固溶棒材在200℃时效10小时时,组织中静态析出Mg-Zn粒子,包括杆状的β1′和片状的β2′,最终使得合金强度升高。由于时效过程中的静态析出可进一步降低固溶棒材基体中的缺陷密度,时效处理可以使合金的塑性也得到提高。