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目前开发的超高强镁合金均为高稀土含量的稀土镁合金,开发低成本不含稀土的超高强镁合金对促进镁合金的应用有重要意义。本文设计了不同Al和Ca含量的Mg-Al-Ca-Mn合金,对合金进行了熔炼铸造及挤压变形,观察了合金的显微组织、测试了其力学性能,研究了合金成分及铸造挤压工艺对合金显微组织和力学性能的影响规律和机理,制备了低成本超高强Mg-Al-Ca变形镁合金。铸造工艺对Mg-Al-Ca-Mn合金的显微组织和力学性能有显著影响。不同铸造工艺改变初始铸态组织影响挤压变形态合金的组织性能。半连铸铸造工艺的冷却速度显著高于常规永久模铸造,导致水冷铸造合金的晶粒度小于重力铸造合金,合金第二相由(Mg,Al)2Ca向Mg2Ca转变,且枝晶间距变小。挤压变形后,相比永久模铸造合金,半连铸铸造合金再结晶组织更细小,未再结晶区比例增加,合金强度增加。永久模铸造得到的挤压态Mg-3Al-2.7Ca-0.4Mn合金屈服强度为332MPa,而半连铸得到的挤压态合金屈服强度提升为365MPa。Al、Ca含量对Mg-Al-Ca-Mn合金显微组织和力学性能有显著影响。Al和Ca总含量为18wt.%时,合金中第二相的含量大于基体α-Mg,而Al和Ca含量为6wt.%时,合金呈现典型的枝晶结构,主要相为α-Mg,第二相分布在晶界处。随Ca/Al比升高,铸态合金晶粒度下降,第二相含量增多;挤压态合金的再结晶晶粒度减小,未再结晶区比例增加,合金织构增强,导致合金强度显著增加。随Mn含量的增加,Mg-Al-Ca-Mn合金晶粒度细化,强度增加,挤压态Mg-3Al-2.7Ca-0.4Mn合金的屈服强度比挤压态Mg-3Al-2.7Ca合金高40MPa。但是微量Zn添加对合金的显微组织和力学性能无明显影响。挤压变形温度对合金性能有显著影响。随挤压温度降低,合金的再结晶晶粒更细小,再结晶比例降低,合金强度增加。当挤压温度从350o C降到300o C时,Mg-2.7Al-3.5Ca-0.4Mn合金的抗拉强度从421MPa增加到454MPa。