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作为最轻的工程结构金属材料,镁合金拥有低密度、高比强度和比刚度、易回收等诸多优异性能,在航空、航天、汽车以及通讯等领域的应用前景受到了广泛的关注,与铸造镁合金相比,通过挤压或者轧制等塑性成形方法加工后,变形镁合金表现出了更加优异的力学性能。近些年,国内外学者对Mg–Al–Zn系镁合金开展了大量的研究工作,特别是通过大变形方法(如搅拌摩擦、等通道挤压、高压扭转等)制备超细晶Mg–Al–Zn合金。这些通过大变形方法制备的超细晶合金表现出较高的强度,但是塑性普遍较差。随着合金元素含量增加,变形难度增加;有关高合金含量镁合金塑性加工的研究相对较少,而已报道的高合金含量Mg–Al–Zn系镁合金表现出较高的强度和塑性。因此,通过合金成分设计与优化,采用挤压和轧制手段制备新型高强韧性(高强度和高塑性)高合金含量镁合金,有利于拓展镁合金在工业上的应用。本文设计和制备了新型高合金含量Mg–Al–Zn系变形镁合金,研究了合金的组织特征与力学性能,优化了合金成分;重点讨论了组织与力学性能之间的关系,揭示了合金的强韧化机制,得出的主要结论有:(1)通过新型衬板轧制方法制备出具有均匀细晶组织的AZ75合金,其平均晶粒尺寸为~6μm;发现该合金组织中均匀地分布着大量微米(1–3μm)和纳米级(50–200 nm)的球形Mg17(Al,Zn)12析出相;合金表现出较高的室温拉伸性能,其抗拉强度(ultimate tensile strength,UTS)、屈服强度(Yield strength,YS)和延伸率分别达到了~345 MPa、~218 MPa和~19%。(2)基于强化理论简化模型计算研究了衬板轧制AZ75合金中细晶强化、第二相强化和固溶强化对合金YS的贡献值,揭示出细晶强化为该合金在室温拉伸时的主要强化机制;发现该合金表现出较高的加工硬化能力,主要归因于合金中Zn、Al固溶原子和大量均匀分布的纳米球形Mg17(Al,Zn)12析出相以及弱的织构。(3)揭示了衬板轧制AZ75合金在不同温度下的变形机制;发现150°C拉伸时,主要变形机制为位错攀移;在300°C拉伸时,晶界滑移主导了变形,大量Mg17(Al,Zn)12析出相偏聚在晶界处抑制晶粒长大,提高了合金细晶组织的热稳定性,促进了晶界滑移,合金的断裂应变达到了~615%;而在350°C拉伸时,Mg17(Al,Zn)12析出相溶解到镁基体中,造成了晶粒尺寸的异常长大,导致了合金断裂应变明显降低。(4)对比挤压AT82–x Zn(x:0~1.5 wt.%)合金的组织以及力学性能,发现Zn元素的添加,细化了挤压AT82合金的晶粒尺寸,提高了合金中第二相(Mg2Sn和Mg17Al12)的数量,提高了合金的拉伸性能;优化出了较佳的合金成分,挤压AT82–1.0Zn合金的UTS、YS和延伸率分别达到了~357MPa、~198MPa和~19%。(5)揭示了合金屈服强度的提高主要归因于合金组织中细小的Mg2Sn和Mg17Al12析出相数量增加所引起的析出强化效果提高以及Zn元素固溶强化;阐明了AT82–Zn合金具有高UTS和塑性的原因为合金组织中Zn元素的固溶和大量弥散分布细小的Mg2Sn和Mg17Al12析出相导致的合金加工硬化能力提高。