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随着航天器和武器装备的现代化程度越来越高,航天器和武器的功能也越来越复杂和完善,因而对镁合金的性能(室温和高温强度、耐热、耐蚀)提出了更高的要求。Mg-Gd-Y-Zr系作为新近开发的高强耐热镁合金,在航空、航天等领域具有重要的应用前景。不过,在使用常规T6水淬热处理工艺(固溶和时效之后均水淬处理)对Mg-Gd-Y-Zr合金制备复杂框架薄壁结构铸件进行处理时易出现开裂失效,因此,有必要探索一种既能避免铸件开裂,又具有较高力学性能的T6热处理工艺。本文以砂型铸造Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金为研究对象,采用多种材料研究分析手段和方法,首先优化了固溶后采用空冷冷却方式时合金的T6热处理工艺,并系统研究了各种状态合金的微观组织和室温力学性能,然后基于优化的T6热处理工艺研究了合金在不同温度下的拉伸力学性能和断裂行为,探索了高温强度反常现象的机理,最后研究了合金的平面应变断裂韧度。研究结果表明：砂型铸造Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金铸态和固溶态组织分别为：α-Mg+Mg24(Gd,Y)5+Zr核和α-Mg+γ相+Zr核。β’相在时效过程中逐渐析出,峰时效态合金的组织为：α-Mg+β’相+Zr核。合金经525℃×12h固溶空冷处理后在225℃和250℃分别进行了时效工艺优化,随时效时间的增加,合金的强度和延伸率均先快速上升,达到峰值后又缓慢下降,并分别在225℃×14h和250℃×12h时达到峰值,此时两种状态合金硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为120.9HV、251.6MPa、339.9MPa、1.5%和110.9HV、247.3MPa、359.6MPa、2.7%。综合强度和断裂韧性,砂型铸造Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金基于固溶空冷的最优T6热处理工艺为：525℃×12h+250℃×12h。在室温到300℃范围内,采用525℃×12h+225℃×14h与525℃×12h+250℃×12h热处理的合金的强度最初随温度上升而上升,分别在200℃和125℃达到强度峰值,其屈服强度和抗拉强度分别为：250Mpa、350MPa和225MPa、368MPa；之后随温度继续上升而下降。两种T6态合金的延伸率随温度单调上升,峰值分别为11.8%和14.9%。室温下,砂型铸造Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金的铸态、T4和T6态断裂类型均为准解理断裂。随着温度升高,三种状态合金的断裂类型都向沿晶断裂转变,合金变形过程中晶界滑移增多,韧性上升。固溶空冷条件下,T6态砂型铸造Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金具有明显的高温强度反常现象,即合金的屈服强度、抗拉强度最初随温度升高而升高,在达到峰值后随温度的继续升高而下降；且在一定温度范围内合金强度均不低于室温。该现象的机理是弥散分布的热稳定的强化相β与高温时多种变形机制共同作用的结果。室温条件下,经525℃×12h+225℃×14h和525℃×12h+250℃×12h处理的T6态Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金平面应变断裂韧度KIC分别为14.0MPa.m1/2和14.7MPa.m1/2,即525℃×12h+250℃×12h处理的合金具有更好的断裂韧性。T6态合金的平面应变断裂韧度断口主要由解理面和晶界组成,裂纹呈穿晶和沿晶扩展,呈现出明显的穿晶和沿晶混合断裂特征。