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镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、良好的机加工性能等优点,近年来成为汽车、电子等行业的首选轻质结构材料。Mg-Al系合金中的AZ91合金具有优异的铸造工艺性能,且成本低廉,是目前工业中应用最广泛的铸造镁合金。但在该系合金上进行改良的合金大多具有强度有限、成本偏高、脆化、热裂、粘模加重等缺点,限制了其作为轻质结构材料的应用范围。本文以AZ91合金为基体,碱土族元素Sr和Ca为合金化元素,采用自行研制的熔铸工艺,配制了十多种不同成分的合金。运用金相显微分析(OM)、X射线衍射分析(XRD)、差热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、力学性能试验机等多种分析和测试手段,研究了Sr和Ca对AZ91合金的显微组织形态、凝固特征及力学性能的影响。研究发现,将Sr单独添加到AZ91母合金中,Sr会因固溶而改变α-Mg的晶格常数,添加量超过0.1wt.%时Sr以细块或杆状化合物Al4Sr方式存在于晶界共晶组织。添加Sr元素不能显著提高AZ91镁合金的共晶熔化温度。加Sr的AZ91合金断裂形式为准解理断裂,微裂纹均形成于β/Mg界面或共晶组织内部,并通过晶界的结合薄弱区裂纹得到扩展。适宜的Sr添加量(0.1～0.2 wt.%)能抑制β相生长,减少共晶组织体积分数,通过形成的化合物粒子钉扎晶界,延迟晶界滑移,使合金的强度和韧性得到提高。向含1.3 wt.%Ca的AZ91合金中添加一定量Sr后,出现Al4Sr、Mg2Ca和Al2Ca化合物,多数沿晶界分布,少量在晶内分布。该系列合金的断裂机制也是准解理断裂方式,出现韧窝和解理面共存形貌。Ca和Sr复合添加进一步减少晶界上共晶组织体积分数,并将AZ91共晶相的熔化温度提高达30℃以上,增强了其热稳定性,但并不随着Sr含量的增加而出现显著变化。合适的Sr添加量有助于细化铸态枝晶组织、促进共晶相共生生长趋势,降低含钙AZ91镁合金的晶间缩松。同时减少了AZ91的共晶组织体积分数,形成的化合物粒子钉扎晶界,有利于晶界强度的提高,使加钙AZ91镁合金的力学性能增强。