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镁合金拥有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性能好等优点,在汽车行业、航空航天、3C产品等领域具有广阔的应用前景。然而,其强度低、塑性差等问题严重制约了镁合金的广泛应用。近年来,在Mg-RE-Zn(RE/Zn>l)系合金中发现了长周期堆垛有序结构(long-period stacking ordered,简称LPSO结构)相,该相可有效改善镁合金的强度和塑性。为此,本文采用普通重力铸造、均匀化退火、热挤压变形及时效处理等工艺制备了 Mg-8Gd-4Y-1Zn-xAl(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0wt%)合金试样。通过 OM、SEM、EDS、XRD和DSC 等手段分析了各状态合金的显微组织和相组成,并测试了其显微硬度、拉伸力学性能、弹性模量、压缩性能和冲击性能。系统分析了 A1含量变化对合金的组织、LPSO结构及力学性能的影响,从而为高强韧稀土镁合金的设计提供理论依据。得到以下主要结论:(1)Mg-8Gd-4Y-1 Zn合金的铸态组织由α-Mg基体、18R结构、孤岛状Mg3(RE,Zn)共晶相和Mg-RE颗粒相组成。添加Al后,Mg-8Gd-4Y-lZn-xAl合金组织中出现无规则多边形及长条状Al2(Gd,Y)新相,其含量随A1含量的增加而逐渐增多。随着Al含量的增加,铸态合金的综合拉伸力学性能和压缩性能整体先提高后降低。当WAl=0.5wt%时,综合性能达到最佳,其室温抗拉强度、伸长率和抗压强度分别为225 MPa、9.0%和434 MPa,较Mg-8Gd-4Y-lZn 合金分别提高 14%、29%和 17%。(2)经520℃均匀化退火14 h并随炉冷后,Mg3(RE,Zn)共晶相已固溶到α-Mg基体中。Mg-8Gd-4Y-1Zn合金的组织由灰色过饱和α-Mg基体、密集分布在晶粒内的细小层片状14H结构和Mg-RE颗粒相组成;随着A1的添加,Mg-8Gd-4Y-1Zn-xAl合金组织中出现无规则多边形Al2(Gd,Y)新相,在晶界处出现块状14H结构。随着A1含量的增加,合金的综合拉伸力学性能和压缩性能整体先提高后降低,wAl=0.5wt%时达到最佳。(3)经热挤压变形后,合金组织中存在明显的挤压流线。各合金棒材均发生再结晶现象,14H结构发生弯曲、扭转、破碎和缠结,且晶粒尺寸随着挤压比的增大而减小。挤压比为40时各合金的晶粒变为等轴晶,平均晶粒尺寸约为10 μm,挤压态合金的组织主要由α-Mg基体、14H结构、Mg-RE颗粒相和无规则多边形Al2(Gd,Y)相组成。随着挤压比的增大,合金的综合力学性能逐渐提高。随A1含量的增加,挤压比40的合金挤压棒材的综合拉伸力学性能和压缩性能整体先提高后降低,WAl=0.5wt%时综合性能最佳,其室温抗拉强度、屈服强度、伸长率和抗压强度分别为376 MP、329 MPa、9.0%和523 MPa,同时其弹性模量为45 GPa。(4)挤压棒材在200℃条件下的时效效应最佳。其中,Mg-8Gd-4Y-1Zn合金在200℃下保温96h时显微硬度达到121.6 HV,室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为426 MPa、366 MPa和6.0%,前两者较未时效处理前分别提高11%和13%。挤压态Mg-8Gd-4Y-1Zn-0.5Al合金在200℃下保温108h时显微硬度达到114.2HV,其室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为368 MPa、294 MPa和9.0%。