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镁合金具有密度小,比强度和比刚度高,阻尼减震性能好,机械加工方便,特别是易于回收利用,具有环保特性;而且在自然界的资源丰富。镁的这些优点使其被誉为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”。但是,镁合金的塑性变形能力较差、室温韧性低、屈服强度低,长期以来阻碍了镁合金的应用。AZ31合金是最常用的变形镁合金之一,本文以AZ31合金为基,旨在通过Cd、Sb和RE合金化和复合合金化技术,提高AZ31变形镁合金综合性能。论文采用光学金相分析(OM),扫描电境(SEM )、能谱分析(EDS)、X射线分析(XRD)、显微硬度、拉伸性能、冲击韧度等分析和测试手段,较系统地研究了Cd、Sb和RE合金化对AZ31合金显微组织和力学性能的影响及作用机理。研究的主要结果如下:1.微量Cd的加入可显著细化镁及AZ31合金的显微组织,随着Cd加入量的增加,细化效果逐渐明显。Cd对镁及AZ31合金组织细化的机制是:在凝固过程中固/液界面前沿富集的Cd强烈抑制α-Mg晶粒的生长;当Cd的加入量为0.7%时,其组织由富Al的α-Mg基体和均匀、弥散分布的析出相β-Mg17Al12组成,Cd固溶于基体不形成化合物相;使合金的冲击韧度提高了68.6%,布氏硬度提高了10.3%。2.锑的加入使镁及AZ31合金的显微组织得到细化,AZ31中的β-Mg17Al12相呈细小弥散状分布,同时组织中还有点、块状的Mg3Sb2生成。Mg3Sb2相与α-Mg基体具有相同的密排六方结构,满足非均匀形核的基本条件,是良好的异质形核核心,Mg3Sb2相熔点较高在整个凝固过程中优先析出,亦能起到抑制生长的作用,细化了晶粒,使β相的分布更加弥散、均匀。锑的加入使镁及AZ31合金的力学性能得到不同程度的提高,冲击韧度和硬度分别提高了58.8%和4.8%。3.混合稀土的加入改善了镁及AZ31合金的显微组织,细化了晶粒。同时, RE与合金中的Al生成Al11RE3(Al11Ce3)相且沿晶界分布。混合稀土对镁及其合金组织的细化作用表现为:一方面结晶时RE将会富集于结晶前沿,产生过冷抑制晶粒的生长。另一方面RE优先与Al形成二次相Al11RE3(Al11Ce3)阻止了晶粒长大,并且消耗了合金中的Al,影响了β-Mg17Al12相的形成,使得β相的尺寸减小。AZ31合金的硬度值随稀土含量的增加而不断提高,冲击韧度下降。4.不同组的镉、锑及混合稀土经正交设计后对AZ31合金显微组织影响各不相同。通过分析计算,得出对综合力学性能影响较好的试验条件是:A(3)B(3)C(1) (Sb含量为0.3%,Cd含量为0.7%,RE含量为0.2%)和A(3)B(3)C(2)(Sb含量为0.3%,Cd含量为0.7%,RE含量为0.3%)。