镁合金被誉为21世纪的绿色材料,作为汽车和航空航天等交通工具发动机零部件材料,其使用对节能减排有着十分重要的意义。但是,镁合金强度不高、耐腐蚀性能差、室温变形性能差等缺点阻碍了其在各个领域的广泛应用。近年来,许多学者对镁合金尤其是Mg-Al合金进行了大量研究,意图在不牺牲塑性的条件下提升其强度,直到现在,这仍然是镁合金研究的热点之一。本课题在基于商用AZ31镁合金成分的基础上加入平均尺寸为1μm的VN颗粒,制备了镁合金铸锭和挤压态镁合金板材。合金制备完成后,本课题应用金相显微镜和SEM扫描电镜对铸态和挤压态合金进行了显微组织观察,应用XRD和EDS对铸态合金分别进行了物相检测和微区成分分析,应用万能电子材料试验机对合金进行了拉伸测试,结论如下:(1)铸态AZ31+x wt.%VN(x=0、0.5、1、2)合金的晶粒尺寸随着VN含量的先减小后增加。铸态合金中沿晶界分布的粗大第二相尺寸显著减小,变成了晶粒内和沿晶界均匀分布的点状第二相及偏聚不规则的颗粒,XRD和EDS结果表明,粗大的第二相为Mg17Al12,点状分布的第二相有Mg17Al12、Al-Mn、AlN和VN,偏聚不规则颗粒为Al-V-N。经热力学分析,加入的VN和镁合金熔体中的Al原子发生反应,生成了 A1N。(2)在加入VN颗粒后,铸态合金的力学性能得到了明显改善,VN质量分数为0.5%的铸态合金综合力学性能最好,但是延伸率随着VN含量的增加而降低。(3)应用Bramffit公式分别计算了α-Mg和AlN及VN的晶面错配度,结果表明AlN和α-Mg在底指数面上的最小晶面错配度为3.24%,VN和α-Mg在底指数面上的最小晶面错配度为6.85%,微观组织分析显示在晶粒内部均匀分布小尺寸的AlN和VN,表明其均AlN和VN都可以作为α-Mg在凝固时的异质形核基底,从而得出双相异质形核是铸态镁合金晶粒细化的主要机理。(4)挤压态合金晶粒尺寸随着VN含量的先减小后增加;显微组织分析表明在高温区的热挤压AZ31镁合金发生了完全动态再结晶,但是在添加VN颗粒后,出现了部分未完全动态再结晶区域,因此VN的加入在某种程度上阻碍了 AZ31镁合金在热挤压过程中的动态再结晶。另外,EDS面扫结果表明,部分AlN、VN及Al-V-N颗粒在挤压过程中发生了迁移,在合金中心区域沿挤压方向呈流水型分布。(5)加入VN颗粒后,挤压态合金的屈服强度和最大抗拉强度有所提升,VN质量分数为0.5%的挤压态合金在不牺牲塑性的条件下提高了屈服强度和最大抗拉强度。但是,随着VN含量的增加,挤压态合金的塑性降低。挤压态合金断口分析表明,AZ31+x wt.%VN(x=0、0.5、1)的断裂机制为延性断裂,AZ31+2wt.%VN为延性断裂和脆性解理断裂的混合。