半固态金属成形是20世纪70年代发展起来的新型金属成形技术,与传统的铸造工艺相比,其优势与特点在于加工对象为具有非枝晶固相颗粒的半固态浆料,加工过程液相比例小,作业温度低,减小了镁合金的氧化和燃烧。而半固态组织将直接影响其成型工艺参数和产品的最终质量,最重要的是,对半固态压铸的产品可以进行热处理,来进一步提高产品性能。因此制备优异的半固态非枝晶组织是取得优良产品的关键一步。Mg-Zn-Cu合金是新型的耐热镁合金,但国内外关于该合金的研究大多集中在砂型铸造和变形合金的显微组织、合金相以及蠕变性能和耐蚀性能等方面的研究,几乎没有从半固态角度探讨该合金。本文在ZC61合金的基础上添加稀土Nd元素,并利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及力学性能测试等手段分析研究了稀土Nd对ZC61镁合金的显微组织及力学性能的影响,并对力学性能较好的ZC61+0.1Nd和ZC61+0.3Nd合金进行半固态等温热处理,研究了保温温度和保温时间对固相颗粒尺寸、圆整度、分布和固相率的影响规律,得出最佳的工艺参数为半固态触变成形做基础研究。研究结果表明,ZC61合金中加入Nd后显微组织得到明显细化,加入0.1%Nd后,合金的晶粒尺寸由原来的178μm减小为93μm；加入0.3%Nd后,其细化效果更显著,晶粒尺寸减小到70μm；当加入0.6%Nd时,晶粒尺寸有粗化倾向,略微增大至106μm。在本研究条件下,加入0.3%Nd的细化效果最好,晶粒尺寸最小,同ZC61相比,其减小幅度达60%；合金组织主要由α-Mg、CuMgZn和Mg2Zn3相组成,共晶组织由原来的团絮状→层片状→块状变化；在力学性能方面,当合金中加入0.3%Nd时,合金的抗拉强度达到最大值,为210MPa。Nd含量继续增加,合金力学性能反而降低,硬度变化不明显。断裂方式由具有塑性特征的准解理断裂转变为解理断裂和沿晶断裂。ZC61+xNd镁合金半固态球状晶粒形成过程的演变机理是由于原子的扩散,使得合金成分均匀化,枝晶臂脱落/钝化、晶界组织熔化、晶粒分离球化和晶粒合并长大等,使得枝晶逐步向球晶演化。Nd含量的不同,通过影响合金的共晶相形貌和铸态枝晶尺寸,同时增加合金形核物质,从而细化了半固态颗粒,加快了半固态非枝晶转变速率。ZC61+0.1Nd镁合金的最佳等温热处理工艺条件是加热温度620℃、保温时间10min,此时合金固相平均尺寸最小。ZC61+0.3Nd镁合金的最佳热处理工艺条件是加热温度625℃、保温时间15min,此时合金初生相平均尺寸最小,两种合金的固相平均尺寸最小都可达约30gm左右,可以为后续的半固态触变成形所利用。对于ZC61+0.1Nd和ZC61+0.3Nd镁合金都是等温温度越高,合金非枝晶组织形成越好,且晶粒也越细小圆整,但是时间不能过长,否则组织将会发生粗化。温度过高,会使晶粒发生溶解、甚至消失。