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镁合金具有其独特的优点,比强度高,比刚度高、高减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强、易切削加工、易回收等,在航空、航天、汽车、医学领域具有非常重要的应用价值和非常广阔的应用前景。但是,镁合金的塑性变形能力较差、室温韧性低、屈服强度低成为阻碍镁合金的应用和发展的最大障碍。添加合金元素提高镁合金的综合性能,是目前提高镁合金性能最常见和最有效的途径。本文通过添加与Cu发生反应生成韧性B2相(CsCl结构)的Sm、Zr元素,以期通过Cu、Sm和Cu、Zr形成CsCl结构的合金相提高Mg-Cu合金的力学性能。并且Zr元素还是镁合金中最有效细化晶粒元素,减少合金相在晶界处偏聚,促使合金相分布更为弥散均匀,提升合金相的强化效果,所以本文研究Sm、Zr添加及复合添加对Mg-Cu组织和性能的影响。为了分析凝固工艺参数对合金相特性的影响,研究了空冷、水冷、炉冷3种冷却方式对合金组织的作用和其对性能的影响。其结果如下:(1)Mg99Cu合金Cu元素主要在晶界析出,为Mg2Cu相。Mg99Cu合金中添加Sm元素,Cu与Sm发生反应生成少量的CuSm相,Sm元素趋向于偏聚在Mg2Cu相中,并改变了Mg2Cu的分布特性,使晶内析出相数量增多。(2)Mg99Cu合金中添加Zr元素,除形成Mg2Cu相外,还形成CuZr2相。Zr元素能够净化熔体,减少了晶内析出相的数量。使晶界平直化,晶粒呈正多边形,晶界夹角呈120°。(3)Sm、Zr元素复合添加时,综合了Sm、Zr合金元素的不同作用。添加含量的不同和冷却方式改变了Cu元素析出位置和析出相的数量。随着复合添加量的逐渐降低,晶界逐渐细化,小颗粒析出相逐渐增多。(4)合金空冷时形成片层状组织,水冷时形成树枝晶,炉冷时形成等轴多边形晶粒。水冷时抗压强度强度最高,空冷时塑性最好,因为炉冷晶粒比较大,氧化严重,塑性、抗压强度一般都差。随着冷却速度的降低,晶粒尺寸逐渐变大,晶内析出点状颗粒逐渐降低,炉冷时几乎消失。(5) Mg99Cu0.5Sm0.25Zr0.25的塑性和强度综合性能最佳,空冷时应变32%,抗压强度达到270MPa。水冷时Mg99Cu0.5Sm0.25Zr0.25的抗压强度到达325MPa,应变达到27%。而炉冷样品,晶粒比较粗大,加上析氧比较严重,塑性和抗压强度都比较差。