镁合金作为最轻的金属工程材料,具有很多优点,被广泛应用在很多领域。特别是AZ91合金,作为目前开发最为成功、应用最为广泛的镁合金,它具有良好的铸造性能和耐腐蚀性能。但目前该合金在熔炼过程中易氧化燃烧,限制了其进一步推广应用。因此,提高AZ91合金的阻燃性,已成为一个亟待解决的问题。Ca是镁合金中合适的阻燃合金元素,和Ce联合加入阻燃效果较单一加入时好。但考虑到Ce元素价格昂贵,不应加入过多的Ce元素,本文向AZ91中添加了1%的Ce。Ca元素的添加虽然可以提高合金的阻燃性,但当Ca含量超过1%时,合金的力学性能迅速恶化。因此迫切需要找到一种方法,在保证优良阻燃性能的同时,提高AZ91-Ce-Ca合金的力学性能。气体搅拌法制备半固态浆料可以得到细小均匀的非枝晶初生相组织。挤压铸造采用的是一种低速、高压充型铸造方法,可以获得力学性能比较好的铸件。基于此,把AZ91-1Ce最为本文的基合金,首先研究了不同的Ca元素对重力铸造AZ91-1Ce-x Ca合金的微观组织、力学性能和阻燃性的影响,优化出Ca的含量为2%,保证其阻燃性。接下来研究如何提高AZ91-1Ce-2Ca合金的力学性能,重点研究了气体搅拌法制备半固态浆料组织及挤压和流变挤压下该合金的微观组织和力学性能,并对比了流变挤压铸造和挤压铸造两种不同铸造工艺。本文首先研究了Ca元素对重力铸造AZ91-1Ce-x Ca镁合金的力学性能和阻燃性的影响,阐明了Ca元素对合金阻燃性和力学性能影响的机制。相比于AZ91-1Ce合金,AZ91-1Ce-1Ca合金第二相量含量整体增加且细化,但随着Ca含量的继续增加,铸态组织中的第二相主要由粗大的网状Al2Ca组成,Al2Ca相厚度增加且大小分布不均。当Ca含量由0增加到3%时,AZ91-1Ce-x Ca合金的力学性能先增加后减小,当Ca含量为1%时,合金屈服强度、抗拉强度和延伸率达到最大分别为124MPa、195MPa、3.2%。随着Ca含量的增加,AZ91-1Ce-x Ca合金的燃点逐步提高,当Ca含量为2%时,其燃点为801?C,相比于AZ91-1Ce的燃点为597?C,提高了34.2%。结合阻燃性和力学性能这两方面,考虑到AZ91的熔炼通常在700～800?C之间进行,优化出AZ91-1Ce-x Ca合金中Ca的含量为2%。然后研究了AZ91-1Ce-2Ca合金半固态浆料制备,阐明了工艺参数对半固态制备的影响规律。研究表明,吹气速率的提高有利于浓度场和温度场的均匀分布和增加了异质形核核心,有利于大量形核,α-Mg初生相由树枝晶向球形颗粒状转变,尺寸不断减小,但吹气速率过大会导致初生相分布不均。另外,浇铸温度的降低和搅拌速率的增加也会使得半固态浆料组织初生相圆整度和体积分数不断提高,晶粒尺寸减小。因此,优化出的制浆工艺参数为:吹气速率为6L/min,浇铸温度587?C,搅拌速率为120r/min。接着研究了挤压铸造工艺参数对AZ91-1Ce-2Ca合金微观组织和力学性能的影响,并阐明了其影响规律。压力的增加能提高合金的过冷度和热传导率,在一定范围内提高了其过冷度,利于形核,随着压力的增大,合金的微观组织不断细化,力学性能整体提高。适当的降低浇铸温度可以降低铸件收缩过程中产生的缺陷,使合金组织得到细化,致密性提高,力学性能得到提高。在本文中,优化的挤压铸造工艺参数为:压力为130MPa,浇铸温度为600?C,此时AZ91-1Ce-2Ca合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为113.2MPa、142.9MPa和1.7%。最后研究了流变挤压铸造工艺参数对AZ91-1Ce-2Ca合金微观组织和力学性能的影响规律,并与挤压铸造进行了对比,阐明了其机制。随着压力的增大,流变挤压铸造合金微观组织不断细化,力学性能提高,其中压力对相图影响所带来的促进形核作用仅仅对剩余液相的形核会有作用,对初生相的形核是没有作用的。浇铸温度的降低和搅拌速率的增加也会让合金的微观组织得到细化,力学性能得到提高,但是搅拌速度对晶粒尺寸的影响表现在半固态制浆阶段。其中,优化的流变挤压铸造工艺参数为:压力为130MPa,浇铸温度为587?C,搅拌速率为120r/min,此时AZ91-1Ce-2Ca合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为130.1MPa、189.1MPa和2.4%。通过比较挤压铸造和流变挤压铸造可以得到,同等压力下,流变挤压铸造晶粒尺寸明显小于挤压铸造晶粒尺寸,力学性能大于挤压铸造力学性能。最后结果表明,在AZ91-1Ce合金中加入2%的Ca,并对AZ91-1Ce-2Ca合金进行流变成型（压力为130MPa,浇铸温度为587?C,搅拌速率为120r/min,吹气速率6L/min）,既保证了其阻燃性又提高了其力学性能。