摘要
时效析出的沉淀硬化是轻质镁合金主要强化方式之一，在高强镁合金发展中起着至关重要的作用。本工作以水冷金属模铸造制备的Mg-10Gd-4Dy-1.5Ag-1Zn-0.5Zr新型合金为研究对象，利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)等对不同状态合金的微观组织、物相组成进行了表征和分析，重点研究峰值时效态合金，阐明固溶时效、预冷变形+时效和热挤压+时效的析出行为和对力学性能的影响。本文的主要研究结果如下: 铸态合金微观组织主要由α-Mg基体、Mg5RE相、富稀土相和基面堆垛层(SFs)组成。经500℃固溶处理8.5h后，合金中粗大Mg5RE相消失，SFs转变为14H型LPSO相。铸态合金的YS=204MPa，UTS=255MPa，EL=5.7％;经固溶处理后拉伸性能提升为:YS=197MPa，UTS=270MPa，EL=9.7％。铸态合金中粗大Mg5RE相沿晶界分布，虽可阻碍位错滑移，但与基体结合性较差，致使裂纹易于在Mg5RE相与α-Mg基体界面处萌生，不利于合金的强度和塑性。虽然固溶态合金(T4)存在LPSO增强结构，但体积分数较少，致使固溶合金力学性能并未大幅提升。合金在经过时效处理108h达到峰值时效态(T6)时具有良好的综合力学性能(YS=312MPa，UTS=356MPa，EL=4.5％)，强度的提高主要归因于纳米级β与γ"析出相在时效时的形成。 合金经过15％的预冷轧后具有良好的时效硬化响应。在200℃下时效时，预冷轧态(T3)合金在22h达到时效峰值态(T8)且硬度值为141.7HV，而T4态合金需要108h达到的峰值硬度仅135.5HV。T8态合金具有高于T6态合金的力学性能(YS=348MPa，UTS=394MPa，EL=5.3％)。这一现象主要归因于预冷轧在基体内引入高密度位错，不仅能够加速溶质原子扩散速度，缩短合金达到时效峰值的时间，而且能够为析出相提供形核质点，使T8态比T6态合金组织中的β和γ"析出相尺寸更小且密度更高。 挤压变形后合金的物相组成基本没有发生改变，合金中原有残留第二相被破碎，动态再结晶使晶粒得到明显细化，并在动态再结晶晶粒内发现SFs组织，此外，有少量的动态析出形成。挤压变形显著提高了合金室温力学性能(YS=341MPa，UTS=403MPa，EL=7.9％)。挤压变形后合金具有良好的时效硬化反应，在54h达到时效峰值硬度144HV，且力学性能进一步提升(YS=396MPa，UTS=451MPa，EL=6.4％)。这归因于峰值时效状态形成β与γ"纳米析出相，但由于挤压时动态析出，造成时效硬化效果低于T6合金。
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