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镁合金是一种新型的结构材料,具有密度小,比强度高等优点,被誉为“21世纪绿色工程材料”。AZ91镁合金具有良好的铸造性能和较高的屈服强度,是目前应用最为广泛的铸造镁合金。合金化和物理场可以有效的细化镁合金的凝固组织,提高合金的综合力学性能。为进一步提高AZ91镁合金的综合力学性能,本文首先研究了微量元素Sr和Ca对AZ91镁合金凝固组织和力学性能的影响,在此基础上探究了脉冲磁场、超声处理及机械振动对AZ91-0.4Ca镁合金凝固组织和力学性能的影响。研究结果表明:1)在AZ91镁合金中分别加入微量的Sr和Ca,可以改变合金的凝固组织,初生相均有所粗化。随Sr添加量的增加,第二相由细化到粗化再细化;当Sr添加量为0.05%时,第二相细化效果最好。随Ca的添加量的增加,第二相先细化后粗化;当Ca添加量为0.4%时,第二相最细小。当Sr加入量为0.1%和0.2%,Ca加入量为0.5%时,合金中发现新相Al4Sr相和Al2Ca相。当加入0.4%的Ca时,合金的综合力学性能最高,与未处理试样相比,其抗拉强度和伸长率分别提高了51%和691%。2)脉冲磁场、超声波及机械振动作用下,AZ91-0.4Ca镁合金的凝固组织显著细化,晶粒尺寸减小,第二相体积分数有所减少,力学性能提高;AZ91-0.4Ca镁合金的初生相由发达的树枝晶变成蔷薇状晶体,其抗压强度变化与凝固组织的变化基本一致。3)脉冲磁场作用下,合金的第二相由条状或块状变成细小的点状和球状。当脉冲电压在0~300V,浇注温度在640~730℃,模具预热温度在200~600℃范围内,随着脉冲电压、浇注温度的升高或模具预热温度的降低,AZ91-0.4Ca镁合金的凝固组织逐渐细化。当脉冲频率为1~10Hz时,随着脉冲频率的增加,合金中的凝固组织先细化后粗化;当脉冲频率为5Hz时,合金组织细化效果最好。脉冲磁场处理后,AZ91-0.4Ca镁合金的抗压强度最高达到365MPa,较未处理时提高了11.7%。正交实验表明,脉冲电压300V,脉冲频率5Hz,浇注温度720℃,模具预热温度200℃是脉冲磁场处理较为理想的工艺参数。4)当超声功率在0~900W,作用时间在0~120s,浇注温度在640~720℃时,随着超声功率的增大,作用时间的增长或浇注温度的降低,AZ91-0.4Ca镁合金的凝固组织逐渐细化。超声处理后,合金的抗压强度最高为360MPa,较未施加超声处理时提高了8.5%。超声处理的最佳优化方案为:超声功率800W,超声作用时间120s,浇注温度选择640℃。5)当振幅电压在0~300V,振动频率在0~75Hz,浇注温度在640~730℃,模具预热温度在200~600℃,随着振幅电压、振动频率、浇注温度或模具预热温度的增大,AZ91-0.4Ca镁合金的凝固组织逐渐细化。机械振动作用下,合金的抗压强度最高达到365.67MPa,较未处理试样,提高了68.8%。机械振动最佳优化方案为振幅电压为300V,振动频率为75Hz,浇注温度为730℃,模具预热温度为600℃。