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作为最轻的金属结构材料,镁合金在汽车、航空航天、电子通信及国防等领域具有广阔的应用前景,被誉为“21世纪绿色工程材料”。Mg-Sn系合金因其较好的抗蠕变性能和优异的沉淀硬化效应而在高强高韧变形镁合金研发方面极具潜力。本文以Mg-5Sn合金为基体合金,以Ba、Li、Al、Zn、Gd为合金化元素,采用带氩气保护的电磁感应熔炼炉制备出9种成分不同的合金。利用X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、能量色散X射线谱仪(EDS)和力学性能测试仪等设备研究了合金化元素Ba、Li、Al、Zn、Gd及5%压缩预变形对Mg-Sn系合金显微组织及力学性能的影响,以此丰富镁合金合金化及强韧化理论。以Mg-5Sn合金(主要由α-Mg基体和Mg2Sn相组成)为研究对象,添加Ba或Li元素后,从显微组织方面发现:合金中形成了新的Ba Mg2Sn2相或Li2Mg Sn相。Ba Mg2Sn2相呈针状或羽毛状结构,主要分布在合金的晶界上,在TEM高分辨像中发现它是由许多直径小于50 nm的细小纳米颗粒组成,这一点和常规的第二相是由单一的颗粒组成有很大不同,其形成机理可以用定向附着生长机制加以解释。Li2Mg Sn相和Mg2Sn相具有相同的晶体结构和相近的晶格常数,在铸态合金中以典型的层片状共晶组织存在。Ba和Li元素的添加在一定范围内均可以显著细化合金的晶粒,其作用机理是溶质原子的偏聚和金属间化合物对晶粒长大的强烈阻碍作用。其中Li元素对合金组织演变的影响以溶质原子的偏聚为主,而Ba元素对合金组织演变的影响以金属化合物的阻碍作用为主。添加Ba或Li元素后,从力学性能方面发现:Ba对合金的力学性能主要为恶化作用,体现在随着Ba含量的增加,挤压态合金在拉压测试中的强度和延伸率都呈降低的趋势。其机理是Ba的加入一方面使合金中生成了大量不固溶于α-Mg基体的硬脆相Ba Mg2Sn2相,该相挤碎后的尺寸较动态析出的Mg2Sn相大,使得第二相有效间距变大,对柱面<a>滑移和{10-12}孪生的阻碍作用减小,合金拉压屈服强度降低;另一方面是Ba Mg2Sn2相的形成消耗了Sn,使得合金中的主要强化相Mg2Sn相减少,第二相强化作用弱化。微量Li可以显著提高铸态Mg-5Sn合金的拉压屈服强度、延伸率和抗压强度,其机理是细晶强化,Mg2Sn与Li2Mg Sn相对位错的有效阻碍作用以及拉伸孪晶界面阻碍位错运动,同时为位错形核提供局部形核质点和协调位错运动。此外,微量Li还可以抑制动态再结晶后晶粒的长大,使合金在挤压后获得更加细小的晶粒,极大的提高合金的抗压屈服强度,减小或消除合金的拉压不对称性。以Mg-5Sn-0.3Li合金(主要由α-Mg基体、Mg2Sn相和Li2Mg Sn相组成)为研究对象,分别加入1 wt.%Al,Zn和Gd元素后发现,添加1 wt.%Al或Zn元素以后,合金中没有新的相生成,而加入1 wt.%Gd,合金中生成了呈针状或颗粒状的Gd Mg Sn相,且该相主要分布在晶粒的内部。Al和Zn的添加可以显著细化Mg-Sn-Li合金的枝晶组织,其作用机理是是溶质原子的偏聚和金属间化合物对晶粒长大的强烈阻碍作用,其中以溶质原子的偏聚为主导作用。而Gd的添加对晶粒大小的影响不大,其原因是Gd Mg Sn相的生成消耗了合金中的Sn,而Sn比Gd具有更大的GRF值,即具有更大的溶质原子偏聚影响力。在研究Mg-5Sn-0.3Li合金的拉压不对称性时,发现挤压后的Mg-5Sn-0.3Li合金的拉压不对称性较低,其拉压不对称性值为1。Al或Gd的添加使其拉压不对称性值略有升高,而Zn元素的添加使其拉压不对称性值显著降低。由于固溶原子的强化作用,Al或Zn元素的添加可以显著提高基体合金在拉伸测试中的屈服强度和抗拉强度。Gd元素的添加一方面使得合金中生成大量的Gd Mg Sn相,另一方面使得含Sn金属化合物数量明显减少,致使基体合金的抗拉强度降低。因为Gd Mg Sn相主要分布在合金内部,对孪生增殖和长大产生阻碍作用,含Gd合金在压缩测试中屈服强度显著高于其在拉伸测试中的屈服强度。在研究弱织构下预变形对挤压态Mg-5Sn-0.3Li合金的显微组织和力学性能的影响时,发现弱织构状态下的压缩预变形使Mg-5Sn-0.3Li合金中产生了{10-11}孪晶和{10-12}孪晶,这些孪晶在热挤压变形过程中为动态再结晶提供有效形核质点,使得合金晶粒显著细化。此外,相对于未进行预变形的Mg-5Sn-0.3Li合金,经压缩预变形后的合金在拉伸测试和压缩测试中表现出更高的屈服强度,同时极大的改善合金的塑性,经分析得出其力学性能被改善的主导因素是晶粒细化的作用。