镁合金是目前最轻的金属结构材料之一,应用在汽车上可以有效地降低汽车的重量,节约能源,降低能耗,并且还具有较高的比强度、比刚度、减震性、导热性、铸造性、可切削加工性和回收性,被誉为“21世纪的绿色结构材料”。Mg-Si系耐热镁合金具有优异的抗蠕变性能,因为在晶界引入具有低密度(1.99×103Kg/m3),高弹性模量(120GPa),高熔点(1 085℃),高硬度(4 500 MN/m2)的Mg2Si相抑制了晶界的滑移,进而提高镁合金的耐热性能。然而在普通重力铸造条件下制备的高硅镁合金组织中含有粗大的初生Mg2Si相和汉字状的共晶Mg2Si相。这会严重的割裂基体,从而容易成为裂纹源。为改善Mg2Si相的大小和形貌,近年来科研工作者开发了一系列新的制备技术,如:热挤压、快速凝固技术、定向凝固和机械合金化等。但上述技术对于Mg2Si相的细化程度有限,工艺复杂并且过程难以控制,还需要进一步的改进。由于变质处理通常和传统冶金及铸造结合在一起,因此处理工艺简单、操作方便、成本低廉,成为国内外实际生产中最受青睐的处理技术之一。既往研究表明,添加少量合金元素,如:Sb、Ca、KBF4、P和RE等,可细化合金组织中的粗大Mg2Si相,从而使合金性能得到改善提高。基于以上论述,本文通过金相(OM)、X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段,研究Yb、Na3PO4变质处理对AS31和Mg-4Si试验合金组织和力学性能的影响,并讨论其变质机理;最后研究了Zn、Al对Yb和Na3PO4复合变质Mg-4Si合金变质效果的影响。目的是为了找到一个简单、高效的方法,来细化Mg2Si增强相,从而提高Mg-Si系耐热镁合金的综合力学性能。本文主要的研究结论如下:(1)添加Yb=X(X=0.2,0.5,wt.%)能显著细化AS31合金中汉字状的共晶Mg2Si相,并且随着Yb含量的增加细化效果增强。经过0.2 wt.%Yb变质后,AS31试验合金的常温抗拉强度由195.69MPa提高到207.49MPa,延伸率由8.59%提高到了10.66%,但其150℃高温抗拉强度变化并不大。当Yb加入量超过0.5%后,有大量长棒状的新相Mn2Si2Yb1生成,但棒状的新相易造成应力集中,从而导致合金力学性能的下降。(2)固溶处理可以变质AS31试验合金中的汉字状共晶Mg2Si相,使Mg2Si相从粗大汉字状变为细小的短杆状或条块状。正是由于添加Yb细化了汉字状共晶Mg2Si相,使得T4热处理时汉字状Mg2Si相变为短杆状和条块状的效果更好,并且需要的时间也更短。(3)经0.8wt.%Yb+2.64wt.%Na3PO4复合变质后,Mg-4Si试验合金中的初生Mg2Si相由粗大的树枝晶变为细小弥散多边行颗粒,并且其尺寸由约276.6μm减小到7.1μm左右。使得其强度和延伸率得以提高。其变质机理可能是由于反应生成的Yb P颗粒作为初生Mg2Si相的异质核心。(4)Mg-26.44Na3PO4-7.52Yb和Mg-4Si-26.44Na3PO4-7.52Yb的粉末烧结试验表明,Si并不会和Yb或Na3PO4发生反应。除此之外,单独的添加Yb或Na3PO4到Mg-4Si试验合金并没有变质效果,反而使Mg-4Si试验合金中的α-Mg相和初生Mg2Si相变得更大。(5)对于0.8wt.%Yb+2.64wt.%Na3PO4复合变质的Mg-4Si合金,添加Zn会致使复合变质效果减弱,因为Zn会与Yb反应生成化合物,导致与Na3PO4反应的Yb含量减少;而添加Al除了与基体Mg反应生成Mg17Al12,Al也会和Na3PO4反应生成一种同时含Al和P的新化合物,虽然也可以作为初生Mg2Si颗粒的异质核心,但是却消耗了熔体中异质核心Yb P,从而导致复合变质效果减弱。