摘要
随着航空航天、国防军工、汽车和新能源产业等领域对高性能轻质结构材料的需求日益增多，导致对高性能镁合金的开发与研究更加迫切。但镁合金目前难以实现大规模应用，主要是由于存在腐蚀性能差、变形困难以及因缺乏有效地析出相而导致的力学性能不足等问题。 在镁合金中添加稀土元素，可提高镁合金的力学、耐热、阻燃、耐腐蚀等性能。稀土元素的添加能够在镁合金中形成有效的金属间化合物，起到强化效果。其中，在Mg-Y/Gd-Zn等体系中能够形成一种长程有序(LPSO)相，这种LPSO相在镁合金中展现出优异的强化效果。近年来，含LPSO相的稀土镁合金受到了国内外学者的广泛关注，如何有效的利用LPSO相，实现镁合金强度与塑性的同步提高，是开发高强高韧含LPSO相镁合金一个急需解决的关键科学问题。 本文通过常规铸造的方法成功制备出含LPSO结构相的Mg-6Gd-1Zn-0.5Zr(wt.%)合金。首先，在500℃下对铸态合金进行变形前热处理，即高温均匀化处理，研究热处理过程中合金的微观组织演变。结果表明，随着均匀化时间的延长，合金中含有的块状(Mg,Zn)3Gd相逐渐回溶入α-Mg基体，晶粒内部片层状LPSO结构相逐渐析出并生长，直至500℃均匀化12h后，片层状长满整个晶粒，合金硬度也达到峰值。随着均匀化时间的进一步延长，LPSO结构相发生回溶，由片层状转变为点状。最终，选取500℃均匀化12h为最佳变形前热处理工艺。 对均匀化态合金进行不同挤压方式(正挤压和复合挤压)及参数下(挤压温度和挤压比)的热挤压，研究合金在热挤压过程中的微观组织演变及室温拉伸性能。结果表明，正挤压合金由沿挤压方向被拉长的变形组织组成，而复合挤压合金发生了不同程度的动态再结晶行为，由细小且具有随机取向的动态再结晶晶粒和粗大的变形组织组成的典型双峰结构。复合挤压合金的动态再结晶机制主要为连续动态再结晶、粒子激发形核机制和扭折协助再结晶机制。挤压态合金都形成了典型的纤维织构，正挤压合金织构强度较高，合金强度较高，但延伸率较低。复合挤压合金极限抗拉强度为290MPa，延伸率为20.68%。 经过后续固溶时效处理后，合金中弥散析出了大量条纹状β′相，合金强度提高，但其强化效果有限，由于β′相的共格且易剪切性促进合金中滑移带的形成，因此时效析出强化效果有限。固溶时效处理后，合金的KAM值降低，位错密度减少，合金发生静态再结晶行为，再结晶晶粒逐渐消耗变形组织。合金织构类型未发生变化，但织构强度由于再结晶行为的发生，显著降低，合金强度降低，塑性提升。
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