摘要
稀土镁合金是一种重要的合金产品，具有较好力学性能，尤其Mg-Gd系变形合金具有优良的时效硬化特性，在航空航天、国防军事和交通工具中具有广泛应用前景。然而，镁合金具有较差的塑性成形性，导致其综合力学性能不佳，因而限制它在工程中的广泛应用。因此研究开发高性能稀土镁合金材料具有重要的实践理论意义。本论文设计、制备了Mg-12Gd-1Er-0.5Zr(wt.％)合金，利用OM、XRD、EBSD、TEM等测试方法研究了铸态、固溶态、挤压态、轧制态、轧制+退火态等不同状态下合金的显微组织演变规律及力学性能，探索合金的组织结构对力学性能的影响规律，揭示了合金的强化机理。获得以下主要研究结果: 对Mg-12Gd-1Er-0.5Zr合金进行轧制变形前预处理，研究了铸态、固溶态、挤压态合金的组织及力学性能。研究表明:铸态合金主要由α-Mg和粗大的Mg5(Gd，Er)共晶相组成，第二相强化成为铸态合金的主要强化方式，其屈服强度、抗拉强度、延伸率分别为201±1MPa、250±1MPa、1.7±0.1％;经过520℃，4h固溶处理，合金组织较铸态更加均匀，且粗大第二相基本消失，减少了潜在裂纹源的存在，使延伸率提高至5.0％，提升了194％;对固溶态合金进行热挤压变形，合金的平均晶粒尺寸由53.43±0.44μm降至30.87±3.17μm，晶粒细化对合金强度和延伸率的提升有促进作用。同时挤压变形后合金产生明显的丝织构特征，对合金强度的提升起到积极作用，使合金获得屈服强度为210±10MPa，抗拉强度为325±8MPa，延伸率为11.3±0.4％的优良性能。 对Mg-12Gd-1Er-0.5Zr挤压态合金进行不同轧制温度(385℃，410℃，435℃，450℃)轧制变形。研究结果表明:轧制变形后，合金晶粒组成由等轴晶转变为大的变形晶粒和细小的动态再结晶晶粒，对应平均晶粒尺寸由30.87±3.17μm减小至20μm以下，随着轧制温度升高，平均晶粒尺寸呈上升趋势;相比较挤压态合金，轧制终态合金织构强度明显升高，轧制温度越高织构强度越高，其中轧制温度为450℃合金的织构强度高达22.34;同时轧制变形过程中产生大量动态析出相Mg5(Gd，Er)相，尺寸约为几百纳米，晶界、晶内均有分布，随着轧制温度的升高析出相的含量先增多后减少;终态合金强度随轧制温度的升高呈现出先增强后降低的趋势，延伸率呈上升的趋势，其中轧制温度为410℃时合金的屈服强度和抗拉强度均可分别达到367±1MPa，401±2MPa，这是因为晶粒细化和第二相起主要强化作用;当变形温度为450℃时，合金具有最高的延伸率为11.3±0.4％，这是因为温度的提高使得合金内部残余应力减小，加工硬化效果明显减弱。 对Mg-12Gd-1Er-0.5Zr轧制态合金进行200℃时效处理。结果表明:相比较轧制态合金，时效后不同状态下的合金组织内部均产生了大量弥散分布的细小沉淀相β"和β''于晶界处及晶粒内部，通过与位错的交互作用提高合金强度。其中轧制温度为435℃的合金具有最佳力学性能，其屈服强度、抗拉强度分别为493±6MPa、534±2MPa。
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