镁合金作为最轻的金属结构材料,具有比强度和比刚度高、机加工性良好及绿色环保可回收的特点,在汽车行业中有很好的应用前景。为推动镁合金汽车轮毂的应用,本课题拟在上海交通大学前期NZ30K合金的基础上,通过降低Nd含量开发成本较低且满足汽车轮毂要求(130 MPa-210 MPa-7%)的铸造镁稀土合金。本文系统研究了 Mg-1Nd-1Ce-xZn-0.4Zr和 Mg-6Gd-xZn-0.4Zr(x=0,0.2,0.5,1.0 wt.%)显微组织和力学性能,揭示了不同Zn含量对两种合金显微组织和力学性能的影响规律,并对合金显微组织与力学性能之间的关系进行了讨论。主要结论如下:Zn元素可以显著改变Mg-1Nd-1Ce-0.4Zr的时效硬化行为和析出相组成。当Zn含量为0,0.2,0.5时,合金时效硬化效果ΔHV≈15,当Zn含量为1.0时,合金时效硬化效果显著下降(ΔHV=7)。不含Zn时,峰值时效态下,合金中析出相主要由盘状柱面相和点状析出相组成;0.2Zn合金中,除了盘状柱面相和点状相外,还出现了含量较多且细小的片状基面析出相;当Zn含量为0.5%时,基面析出相为主要析出相,柱面析出相和点状析出相含量显著减少;当Zn含量为1时,柱面析出相消失,只有少量基面析出相和点状析出相。与OZn合金(92 MPa)相比,少量Zn元素的加入(0.2,0.5%)可以提高合金时效态下的屈服强度(+30,+44 MPa),屈服强度的提高与基面析出相的形成有关;Zn含量增加至1.0%时,合金屈服强度增幅下降,仅为+19 MPa。Zn元素可以显著改变Mg-6Gd-0.4Zr的时效硬化行为和析出相组成。合金200℃下时效硬化效果随着Zn含量的增加而减小,0.5Zn和1Zn合金的时效强化效果几乎为零。不含Zn时,合金析出相由柱面β’相和依附β’的β"相组成,密度较高;当Zn含量为0.2时,柱面析出相密度显著下降,形成多个β1相与β’相连接的分布形态,同时形成细小基面相γ’相;0.5Zn时,与0.2Zn相比,β’柱面相尺寸变小,且基面相γ’相显著粗化;当Zn含量为1%时,基面片状相γ"为主要析出相且密度较大。与OZn合金(145 MPa)相比,Zn元素的加入显著提高了合金室温塑性,降低了合金时效态屈服强度(-9,-31,-29MPa);屈服强度的降低与基面析出相的形成有关。Mg-1Nd-1Ce-0.5Zn-0.4Zr合金峰值时效态下的室温力学性能为:屈服强度136 MPa,抗拉强度237 MPa,延伸率9%;Mg-6Gd-0.2Zn-0.4Zr合金为:屈服强度134MPa,抗拉强度222MPa,延伸率7.4%;均满足汽车轮毂的设计要求。与上海交通大学前期开发的NZ30K相比,尽管合金的室温力学性能有所下降,由于显著降低了 Nd元素含量,合金成本显著下降,两种合金均有望在镁合金汽车轮毂上获得应用。