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镁合金由于其密度小、比强度高,在汽车、以及航天航空领域中有巨大的应用前景。但是镁合金的强度与塑性较差,限制了其广泛应用。为此,本文以增强镁合金力学性能为目的,围绕置换原子对镁合金形变孪晶的钉扎作用展开研究。研究了Zr含量对Mg-5Gd-3Y-xZr合金晶粒尺寸的影响规律,并优化不同Zr含量镁合金固溶处理参数；实验结果表明：随着Zr含量提高,Mg-5Gd-3Y-xZr合金晶粒尺寸明显降低,屈服强度与抗压强度提高,且屈服强度与晶粒尺寸关系符合霍尔-佩奇公式,其中佩奇斜率K约为410。Mg-5Gd-3Y, Mg-5Gd-3Y-0.3Zr和Mg-5Gd-3Y-0.6Zr合金最佳固溶处理参数分别为520℃×4h,480℃×6h和450℃×12h。研究了溶质元素和变形工艺对镁合金孪晶钉扎作用的影响。研究结果表明：溶质元素Gd对孪晶钉扎的强化效果高于Y,并且当两种溶质元素共存时强化效果高的溶质元素起主要作用。研究了变形工艺对孪晶钉扎作用的影响；高温慢速变形时,孪晶的产生与钉扎同时发生,对孪晶有一定细化作用、强度较常温变形增高。多项变形能使镁合金产生很高的累积应变量,产生更高的孪晶密度。从而将多向变形与退火相结合可以使置换原子对孪晶的钉扎作用达到更好的强化效果。研究了累积变形量对置换原子对孪晶钉扎强化的影响,实验结果表明：随着累积变形量增大孪晶密度逐步提高,因此,镁合金形变孪晶钉扎强化效果也随着累积变形量增大而提高。研究了退火温度与退火时间对孪晶钉扎强化的影响；实验结果表明：在150℃条件下退火时,随着退火时间延长,形变镁合金Mg-10Gd-3Y-0.3Zr的强度不断增大,但是,当退火时间超过5h时,增加退火时间将会致使强度发生轻微的降低,退火时间超过9h时试样强度趋于稳定,这是由于内应力恢复造成的。相同退火时间(3h)下,增强效果随着退火温度升高而增强,到200℃达到极大值,超过200℃时随着退火温度升高强度降低,这是由于在较高温度下形变孪晶界的偏析原子处于不稳定状态,从而导致随着温度的上升,强度下降。