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近些年开发的Mg-Gd-Y-Zr新型高性能镁稀土合金,在航空航天等领域得到了越来越多的应用。航空类铸件具有大型、复杂、薄壁等特点,多采用砂型铸造方式生产。该类铸件在服役时通常承受多种类型载荷,如拉压、冲击和循环载荷等。为了确保该系列合金应用时的安全可靠性,有必要开展相关研究以掌握合金在复杂载荷下的性能及断裂失效行为。本文基于低压砂型铸造Mg-6Gd-3Y-0.5Zr（GW63）镁合金,首先优化了合金的固溶和时效热处理参数,在此基础上系统研究了不同热处理条件对合金的冲击韧性、高周疲劳以及平面应变断裂韧度等性能的影响,并阐明了在拉伸、冲击、疲劳等载荷以及含缺陷情况下合金的断裂失效行为。对于砂型铸造GW63镁合金,最佳热处理参数为:490°C×12h固溶+212°C×100h时效。拉伸结果表明:铸态和T6态合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为161MPa、249MPa、6.6%和228MPa、360MPa、4.9%。即经过时效强化,合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了41.6%和44.6%。铸态、T4态和T6态合金在拉伸载荷下,均表现为准解理断裂特征,由孪生方式控制合金的拉伸塑性变形。冲击测试显示,铸态、T4态和T6态GW63镁合金的室温冲击韧性分别为34.6J·cm-2,50.9 J·cm-2和20.3 J·cm-2。在200-250°C范围内,随着时效温度的提升,合金的冲击韧性从17.1 J·cm-2稳步提高到58 J·cm-2。212°C时效时,随着时效时间的延长,合金的冲击韧性总体上呈现下降趋势。研究发现GW63合金的冲击韧性与延伸率之间具有较好的线性关系。铸态和T4态合金在冲击载荷下均表现为准解理断裂,而T6态表现为解理断裂形式。对于不同热处理状态的GW63合金,主要通过孪生方式实现塑性变形,孪晶数量与合金的变形程度有关。高周疲劳试验显示,铸态GW63镁合金的疲劳强度为105MPa,经过T6热处理后,合金的疲劳强度相比铸态提高了14.3%为120MPa。铸态合金疲劳裂纹以脆性疲劳条带方式向前扩展,T6态合金疲劳裂纹以塑性疲劳条带和疲劳小弧线两种方式向前扩展。铸态试样在循环载荷作用下,通过孪生方式发生微塑性变形,T6态则是通过滑移控制微塑性变形。对于缺口试样,缺口系数为2.3时,铸态和T6态合金的疲劳强度分别是25MPa和55MPa;缺口系数为2.7时,铸态和T6态合金的疲劳强度分别是35MPa和60MPa。缺口试样断口主要由边缘裂纹扩展区和心部最后断裂区构成。铸态下裂纹以类解理特征向前扩展,T6态下裂纹扩展第一阶段为类解理断裂特征,第二阶段为疲劳条带特征。断裂韧度测试显示,铸态、T4态和T6态GW63镁合金的KIC值分别为16.2MPa·m?,17.7 MPa·m?和19.5 MPa·m?,经过固溶或时效热处理,合金的KIC值分别提高9.3%和20.4%,表明固溶和时效处理是一种较为有效地提高断裂韧度的方法。合金在预制裂纹后断裂失效,铸态和T6态断口由放射区和纤维区组成,T4态则主要由放射区构成。铸态试样失效形式表现为以解理台阶为主的穿晶解理断裂,T4态试样失效形式为以解理面为主的穿晶解理模式,T6态试样断裂失效形式为放射区的解理断裂和纤维区的准解理断裂两者混合型穿晶断裂模式。