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稀土镁合金作为当今最具发展潜力且具有高强韧等性能的镁合金,其在航空航天和汽车等领域的应用前景相当广阔。在得到发展的稀土镁合金中,Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金被认为发展潜力较大。近10多年来,国内外高度重视Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金的研究开发,并围绕合金成份设计和热处理强化等开展了许多积极的研究。众所周知,Gd和Y是Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金的主要合金元素,因此优化其成份对于研制开发高性能的Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金意义重大。目前,国内外针对Mg-Gd-YZn-Zr镁合金组织和性能研究涉及的Gd和Y的成份变化范围较大,加之相关的研究也还不是十分系统和完善,因此有必要在较小成分范围内进一步研究Gd和Y的成份优化及后续热处理等对Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金显微组织和力学性能的影响,从而为高性能Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造高强镁合金的开发及应用奠定理论基础。本文在前期Mg-Gd-Y-Zn-Zr高强铸造镁合金研究的基础上,通过少量改变主要元素Gd和Y的含量,设计制备了Mg-xGd-1Y-1Zn-0.5Zr和Mg-xGd-2Y-1Zn-0.5Zr(x=9-11wt.%)铸造镁合金,并在此基础上利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、DSC差热分析、显微硬度和室温拉伸性能测试等方法,研究了Gd和Y含量变化对Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造镁合金显微组织和力学性能的影响,比较了不同成份下Mg-xGd-1Y-1Zn-0.5Zr和Mg-x Gd-2Y-1Zn-0.5Zr(x=9-11wt.%)铸造镁合金的热处理组织和性能,得到了以下主要结果:1)Mg-xGd-1Y-1Zn-0.5Zr(x=9-11wt.%)试验镁合金的铸态组织均为典型的枝晶形状,其主要由α-Mg基体和大量沿着晶界和/或晶内分布的第二相组成。同时,Gd含量变化对试验合金的晶粒大小存在一定的影响。随着Gd含量从9 wt.%增加到10.5wt.%,合金的晶粒首先呈细化趋势,此后随着Gd含量从10.5 wt.%增加到11 wt.%,合金的晶粒又开始变粗。相应地,含10.5 wt.%Gd试验合金呈现出了最佳的铸态拉伸性能,其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了210 MPa、158 MPa和7.3%。2)热处理对Mg-xGd-1Y-1Zn-0.5Zr(x=9-11wt.%)试验镁合金的显微组织和力学性能存在较大影响。不同Gd含量试验合金在460-520℃下经不同保温时间固溶处理后,合金组织中的枝晶消失且第二相数量不断减少。同时,在固溶工艺一定时,随着Gd含量增加,试验合金组织中的第二相逐渐变成短棒状且体积分数呈增加趋势。此外,在不同固溶处理工艺下,含10.5 wt.%Gd试验合金均显示了更高的拉伸性能,其中经过480℃×16h固溶处理后,合金的室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了234MPa、172 MPa和14.1%。进一步,含10.5 wt.%Gd试验合金经200℃×24h时效处理后,得到了较其它Gd含量合金相对较佳的综合拉伸性能,其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了292 MPa、243 MPa和3.2%。3)Mg-xGd-2Y-1Zn-0.5Zr(x=9-11wt.%)试验镁合金的铸态组织具有明显的枝晶组织特征,其主要由α-Mg基体和沿着晶界分布的第二相组成。然而,Gd含量变化对试验合金的晶粒大小、第二相的数量及尺寸存在一定的影响。随着Gd含量从9 wt.%增加到11 wt.%,合金的晶粒虽然逐渐变得细小,但同时合金组织中第二相的数量和大小却呈逐渐增加趋势。在不同Gd含量的试验镁合金中,以含10 wt.%Gd试验合金的铸态拉伸性能相对较佳,其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了223 MPa、180 MPa和7.3%。4)Mg-xGd-2Y-1Zn-0.5Zr(x=9-11wt.%)试验镁合金热处理后的显微组织和力学性能存在一定的差异。试验合金在460-520℃下经不同保温时间固溶处理后,随着Gd含量从9 wt.%增加到11 wt.%,合金组织中的枝晶消失且呈片层状的LPSO相的数量明显增加。同时,在不同固溶处理工艺下,不同Gd含量试验合金的拉伸性能存在一定差异,其中含10 wt.%Gd试验合金经480℃×16h固溶处理后得到了相对较佳的室温拉伸性能,其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了221 MPa、172 MPa和11.1%。进一步,含10 wt.%Gd试验合金经200℃×24h时效处理后,得到了较其它Gd含量合金相对较佳的综合拉伸性能,其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了292 MPa、251 MPa和3.2%。5)在Gd含量一定时,Y含量变化对Mg-(9-11wt.%)Gd-Y-1Zn-0.5Zr试验镁合金的拉伸性能存在一定的影响。总体而言,无论是铸态、固溶和时效状态下,含2 wt.%Y试验合金较含1 wt.%Y试验合金均具有更高的室温拉伸性能。很显然,在本文试验条件下,Gd和Y这两个主要合金元素相对较佳的成份分别为10 wt.%和2 wt.%,而与该成份相对应的Mg-10Gd-2Y-1Zn-0.5Zr试验镁合金的较佳热处理工艺为480℃×16h固溶处理+200℃×24h时效处理。