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镁合金因密度小、比强度和比刚度高等优势而在汽车和航空航天等领域具有广阔的应用前景。特别是AZ91合金是应用最广泛的压铸镁合金,其拥有良好的铸造性能,但其也面临两大关键问题,一是熔炼过程中极易氧化燃烧,产生夹杂;二是合金力学性能不高。因此,提高AZ91合金的力学性能,已成为一个亟待解决的问题。一方面,添加Ca和Ce能够显著提高AZ91合金的起燃温度,避免熔炼过程中的氧化燃烧,同时Ce作为稀土元素能够有效细化晶粒,产生耐高温的强化相,提高合金力学性能。另一方面,气体搅拌法制备半固态浆料可以得到初生相分布均匀,晶粒细小且圆整的半固态组织,促进铸造过程中熔体的相互滑动,同时初生相还能提高最终铸件的力学性能。基于此,本文以AZ91-2Ca-1.5Ce合金为研究对象,重点研究了气体搅拌法制备半固态浆料组织及流变压铸合金的微观组织和力学性能,并与流变挤压铸造工艺进行了对比研究。本文首先对AZ91-2Ca-xCe合金中Ce含量进行了优化,研究了不同Ce含量对液态金属型铸造合金微观组织和力学性能的影响,阐明了Ce元素对于组织细化,产生强化作用的机制。随着Ce含量的不断提高,合金晶粒尺寸越来越小,组织得到细化,合金力学性能不断提高,AZ91-2Ca-1.5Ce合金相较于AZ91-2Ca-0.5Ce合金,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了33%、33%和59%。之后探索了气体搅拌工艺参数对AZ91-2Ca-1.5Ce合金半固态浆料组织的影响规律。研究表明,随着吹气速率由2L/min提高到8L/min,初生相α-Mg相由最初的树枝状转变为蔷薇状或球状,而初生相颗粒的尺寸由70.88μm下降到35.54μm,而形状因子(圆整度)则由0.46提高到0.71,初生相所占的比例则几乎不变,约10%左右。另外,在吹气速率不变的情况下,随着浇铸温度由593°C降低到587°C,初生相尺寸和形状变化不大,而初生相占比逐渐增大,由5.55%提高到38.08%。然后重点对比研究了液态压铸和流变压铸AZ91-2Ca-1.5Ce合金的微观组织和力学性能。随着浇铸温度由585oC提高到595oC,流变压铸合金组织中初生α-Mg相由树枝状转变为蔷薇状或球状,初生相尺寸和比例也逐渐变小,力学性能则呈现为先升高后降低;随着压射速度的由2m/s提高到4m/s,初生相尺寸不断降低,第二相趋于均匀分布,力学性能也不断升高;随着压力由67MPa提高到73MPa,合金组织变化不明显,而力学性能提升幅度不大。当浇铸温度为590oC,压射速度为4m/s,压力为73MPa时,流变压铸AZ91-2Ca-1.5Ce合金的组织中初生相尺寸细小且圆整,组织中第二相均匀弥散分布,此时力学性能最好,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为206MPa、173MPa和2.5%。随着浇铸温度从640oC提高到700oC,液态压铸合金组织不断细化、同时α-Mg相枝晶臂减少,第二相也趋于均匀分布;同时,抗拉强度和延伸率不断提高,屈服强度则几乎不变。当浇铸温度为700oC时,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为191MPa、157MPa和1.7%。流变压铸合金的力学性能高于液态压铸,原因在于对于流变压铸过程,浇铸温度主要影响了合金熔体的冷却速率、初生相的形貌与占比和第二相的分布;更高的压射速度可以使得成型过程缩短,使合金组织更加紧密;随着压力的提高,一方面,促进凝固潜热的传递,提高冷却速率,同时也使得合金组织中的缺陷减少。最后,为了比较不同流变成型AZ91-2Ca-1.5Ce合金组织性能的差异,本课题开展了不同工艺参数下挤压铸造与流变挤压铸造AZ91-2Ca-1.5Ce合金的组织与性能试验。在流变挤压铸造条件下,在120MP压力下,当浇铸温度为593°C时,合金的力学性能最好,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为170.9MPa、98.5MPa和3.6%。液态挤压铸造合金,当浇铸温度为600°C时,压力为120MPa时,合金的力学性能最好,此时抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为169.5MPa、99.3MPa和3.4%。结果显示,挤压铸造与流变挤压铸造AZ91-2Ca-1.5Ce合金峰值强度差异并不明显。最终结果表明,流变成型工艺能够有效提高压铸合金的力学性能。同时,流变压铸合金的力学性能要优于流变挤压铸造合金的力学性能。通过比较流变压铸与流变挤压铸造合金的微观组织可以发现,流变压铸AZ91-2Ca-1.5Ce合金中,组织更加均匀,初生相尺寸、形貌更加统一,第二相尺寸相较于流变挤压铸造合金更加细小。此外,流变挤压铸造合金中,第二相偏聚严重,这是由于流变挤压铸造合金过程中,持续时间长,冷却速率慢,导致初生相长大,从而溶质原子大量排到固液界面前沿,最后形成第二相造成的。流变压铸与流变挤压铸造合金的拉伸断裂方式不同,流变压铸合金断口中存在大量韧窝,为韧性断裂;而流变挤压铸造合金的断口中一方面存在着少量微裂纹,同时断口中可见撕裂棱和解理面,为解理断裂。