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本论文首先研究了稀土Sm元素含量对铸态和挤压态Mg-Sm-Zn-Zr合金微观组织、第二相晶体结构和力学性能的作用,以及不同热处理条件下铸态Mg-Sm-Zn-Zr合金的微观组织演变。以优选的挤压Mg-3.5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金为例,分析其强化机制,探究相同温度下挤压比对其微观组织和拉伸性能的影响。然后,我们探究了不同添加量的第二稀土合金化元素Ce对合金微观组织和拉伸性能的影响及相应的强化机理。最后,利用轻、重稀土的协同作用,开发出了新型低稀土高强变形Mg-3.5Sm-2.0Y-1.5Ce-2.0Zn-0.5Zr合金。结果表明:稀土Sm的添加量会影响Mg-Sm-Zn-Zr合金中主要第二相的晶体结构和化学组成,当稀土Sm的添加量小于5.0 wt%时,合金中主要第二相为面心立方结构Mg3Sm(a=0.7371 nm)相,而当稀土Sm的添加量大于5.0 wt%时,合金中主要金属间化合物为体心四方结构Mg41Sm5(a=1.476 nm,c=1.039 nm)相。在对Mg-3.5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金进行350 ℃热处理过程中,Mg3Sm相会转变为Mg41Sm5相,Mg41Sm5相与Mg3Sm相的位向关系为:(110)Mg41Sm5//(110)Mg3Sm,[1 1 0]Mg41Sm5//[1 1 1]Mg3Sm。另外,热处理时Mg3Sm相和Mg41Sm5相会同时在Mg基体中析出,位向关系分别为:(110)Mg3Sm//(0001)Mg,[111]Mg3Sm//[1210]Mg;(211)Mg41Sm5//(0001)Mg,[1 20]Mg41Sm5//[1210]Mg。Mg-Sm-Zn-Zr合金经过固溶处理,会在Mg基体中形成多种形貌的小尺寸第二相,经过透射电子显微镜分析,这些第二相主要包括密排六方结构的片状MgZn2相、简单四方结构的纺锤状Zn2Zr3相、纳米颗粒状Zn2Zr3相和棒状相,其中,棒状相包括穿过晶界的棒状Zn2Zr3相、表面附着Mg3Sm相的棒状Zn2Zr3相和表面光滑的面心立方结构棒状Zn2Zr相。另外,研究表明晶粒内部的片状MgZn2相和棒状Zn2Zr3相可以作为Mg3Sm析出相的有效形核位点。Mg-Sm-Zn-Zr合金在挤压过程中会产生Mg3Sm动态析出相,根据粒子激发形核机制,添加Sm元素引入的第二相在动态再结晶中提供异质形核位点,显著提高了合金强度。当Sm元素的添加量为3.5 wt%时,合金表现出最佳拉伸强度,屈服强度约368 MMPa,抗拉强度约383 MPa,与Mg-0.5Znn-0.5Zr合金相比分别提高23.1%和20.8%。时效处理进一步提高了合金的强度,其屈服强度为416 MPa、抗拉强度为427 MPa,达到甚至超过了大部分中等稀土含量的Mg-Gd-Y(-Zn)-Zr系合金,主要强化机制来源于晶界强化和析出强化。研究了不同挤压比Mg-3.5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金的组织与性能,当挤压比为10.4和17.6时,合金中第二相发生了明显的相转变,部分Mg3Sm相转变为Mg41Sm5相。随着挤压比的增大,再结晶体积分数增大,基面织构被弱化,同时再结晶晶粒尺寸也逐渐增大,合金的屈服强度也随之减小。添加稀土Ce元素以后,Mg-3.5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金中出现了块状Mg12RE相,且随着Ce元素添加量的增加,合金中原有主要金属间化合物Mg3RE相的体积分数逐渐减小,新生相Mg12RE相的体积分数和尺寸逐渐增大。挤压态Mg-3.5Sm-xCe-0.6Zn-0.5Zr合金中均包括尺寸较小的再结晶晶粒和尺寸相对较大的未再结晶区。挤压过程中的动态析出相被确定为Mg3RE相,且随着稀土Ce元素添加量的不断增加,动态析出相的体积分数明显增大。经过时效处理,Mg-3.5Sm-xCe-0.6Zn-0.5Zr合金的屈服强度均有一定程度的提升,合金中大块相的体积分数随稀土Ce添加量的增加而增大,屈服强度随着稀土Ce元素添加量增加而提高的同时,延伸率会有所下降。Mg-3.5Sm-2.0Y-1.5Ce-2.0Zn-0.5Zr合金晶界处的第二相包括面心立方结构的W(Mg3RE2Zn3)相(a=0.683 nm)和体心四方结构的Mg12RE相(a=1.033 nm,cc=0.596 nm),晶粒内部还有条状14H-LPSO相。EBSD分析结果表明,挤压合金中包括细小的再结晶晶粒和相对粗大的未再结晶区,未再结晶区存在大量的小角度晶界,说明位错密度较大,呈现出典型的<1010>纤维织构,还存在较弱的<11214>稀土织构。挤压合金中主要第二相仍为W相和Mg12RE相,在晶界处出现了18R-LPSO相,与Mg12RE相存在确定的位向关系:(0001)18R.LPSO偏离(210)Mg约6.8°,[1210]18R-LPSO//[1 23]Mg12RE,晶粒内部沿基面出现了条状14H-LPSO相。经过时效处理,合金中出现了新的沿基面析出的条状Y相。挤压态Mg-3.5Sm-2.0Y-1.5Ce-2.0Zn-0.5Zr合金的拉伸屈服强度和压缩屈服强度分别为438 MPa和413 MPa,时效态合金的拉伸屈服强度和压缩屈服强度分别增至482 MPa和457 MPa。优异的合金性能来源于多种强化机制,主要包括细晶强化、位错强化和析出强化。