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镁合金作为最轻的金属材料,普遍应用于交通运输、航天装备等领域。目前镁合金受限于其强度而多用于制造非承力部位的零件。重要承力零部件容易在长时间交变载荷作用下发生疲劳断裂,因此开发一款高强度和疲劳性能优异的镁合金成为重要的任务。本课题选取自行开发的稀土镁合金Mg-2.3Zn-0.18Y,通过加入不同含量的Zr(0.03,0.06,0.13 at.%)元素以及热挤压变形方式得到性能优异的Mg-2.3Zn-0.18Y-xZr镁合金。首先,研究挤压态Mg-2.3Zn-0.18Y-xZr镁合金高周疲劳性能和裂纹萌生、扩展机理;其次,选取高周疲劳性能较优的Mg-2.3Zn-0.18Y-0.13Zr合金作为研究对象,分别通过时效处理和喷丸处理提高其高周疲劳性能;最后,分别阐述各工艺下的裂纹萌生、扩展机理和强化机理。得到主要结论如下:(1)随着 Zr 含量的增加,Mg-2.3Zn-0.18Y-xZr(x=0.03、0.06、0.13 at.%)合金的α-Mg平均晶粒尺寸从9.9μm减少到4.8μm;抗拉强度、屈服强度和延伸率都有所提高,其中Mg-2.3Zn-0.18Y-0.13Zr合金的力学性能最好,分别达到346MPa、292MPa和26.7%,其疲劳强度为150MPa。另外,Mg-2.3Zn-0.18Y-0.03Zr合金疲劳断口显微组织的粗大晶粒中发现有孪晶生成,说明孪生变形影响此合金的塑性变形方式。(2)当应力水平较高(180MPa)时,挤压Mg-2.3Zn-0.18Y-xZr合金的高周疲劳裂纹源只有一个。当应力水平较低(160MPa)时,疲劳裂纹源有多个。裂纹萌生于试样表面或表面的第二相颗粒处且沿着解理面进行扩展,呈穿晶断裂模式。(3)Mg-2.3Zn-0.18Y-0.13Zr合金的较佳时效处理工艺参数为180℃、12h。经过此时效工艺参数处理的Mg-2.3Zn-0.18Y-0.13Zr合金的综合力学性能较优,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到353±4MPa、323±4MPa和20.3%±2.0%。(4)欠时效态Mg-2.3Zn-0.18Y-0.13Zr合金的疲劳强度为160MPa,比挤压态合金的疲劳强度高6.7%。这是因为时效处理当中析出的MgZn2相颗粒抑制基面上的位错滑移,提高裂纹萌生的最大应力,从而提高合金的疲劳寿命。(5)Mg-2.3Zn-0.18Y-0.13Zr合金较佳喷丸处理的气压强度为0.4MPa,且对喷丸处理的敏感性较大,优化区间较窄。(6)经较佳喷丸工艺处理后的Mg-2.3Zn-0.18Y-0.13Zr合金疲劳强度为173MPa,较挤压态合金的疲劳强度提高了 23MPa,提升幅度为15%。试样经喷丸处理后,裂纹源从试样的表面处转移到试样的亚表面处,变形层组织明显得到细化。裂纹的萌生时间增长,从而延长合金的疲劳寿命。