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由于节能减排的强烈需求,在汽车等工业中减重是一个迫切的话题,镁合金由于其高比强度和低密度成为研究的热点。但常规镁合金在高温下强度较低并且抗蠕变性能差,研究和开发能在120oC及以上温度长期稳定服役的耐热镁合金,一直是镁合金研究领域的热点和难点之一。含稀土高性能镁合金由于其在高温时仍具有优异的强度和抗蠕变性能,有希望应用到需要承受更高温度（250300oC）的动力系统核心部件（如发动机活塞）。考虑到这些部件往往在服役中受到复杂应力,针对此类镁合金在高温下的抗蠕变性能,包括拉伸、压缩及压入蠕变性能显得十分重要。对合金高温拉伸、压缩和压入蠕变行为以及变形机制的研究将有利于高性能镁合金的进一步开发和未来应用。本文以高性能Mg-10Gd-3Y-0.5Zr（wt.%,简称GW103）镁合金为研究对象,系统研究了铸造T6态、挤压F态和挤压T5态GW103合金在200300oC（0.510.62Tm,Tm为熔点）温度范围内、30150MPa应力条件下的拉伸和压缩蠕变行为,以及铸造T6态和挤压T5态合金在200325oC（0.510.65Tm）温度范围内、80505MPa应力条件下的压入蠕变行为。重点研究了合金拉伸、压缩和压入蠕变的蠕变曲线及特征、热挤压和热处理对蠕变性能的影响、蠕变应力指数及激活能的确定、蠕变机制的预估、蠕变过程中微观组织演变、裂纹萌生与扩展规律及拉伸蠕变断裂特征。探讨了拉伸-压缩蠕变不对称性,以及压入蠕变与常规单轴拉伸和压缩蠕变的关系。同时,采用原位观察手段（in-situ SEM/EBSD）及位错滑移迹线分析（slip trace analysis）研究了铸造T6态和挤压T5态GW103合金在同等温度条件下的原位拉伸及拉伸蠕变,定量分析了合金在高温变形过程中的组织演变、裂纹萌生和扩展机制、各滑移系的激活分布。深入研究了变形温度对合金变形机制及滑移激活规律的影响,探讨了挤压T5态合金高温变形的各向异性,发现了变形过程中位错滑移的多滑移以及滑移转移。主要成果如下:（1）对铸造T6、挤压F态和挤压T5态GW103合金原始组织研究表明,三种合金组织均由?-Mg基体和分布在晶界与晶内的第二相颗粒组成。铸造T6态合金组织呈随机取向分布,而挤压态合金沿挤压方向的样品组织展现出基面丝织构。（2）对铸造T6、挤压F态和挤压T5态GW103合金在200300oC/30120MPa条件下的拉伸蠕变行为研究表明,三种合金的拉伸蠕变曲线均表现出三阶段的特征:初始减速蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段,其中第三阶段占主导,且最小蠕变速率出现的时间段在蠕变寿命的约10%处。随着蠕变温度和应力的增加,合金的抗拉伸蠕变性能均降低。铸造T6态合金具有优异的抗拉伸蠕变性能,在250oC/50120MPa条件下最小蠕变速率在2.76×10-10 s-12.30×10-8 s-1。热挤压后挤压F和挤压T5态合金的抗蠕变性能均下降,在同等温度和应力范围下的最小蠕变速率比铸造T6态合金高12个数量级。T5热处理后挤压T5态合金的抗蠕变性能比挤压F态合金稍有提升,但差别不大。铸造T6态合金在200oC、250oC和300oC条件下的蠕变应力指数n分别为5.8、5.2和4.8,蠕变激活能Q为259.4kJ/mol,蠕变的主要机制是位错攀移。挤压T5态合金的n值为2.43.4,Q值为182.5±1.3kJ/mol,蠕变的主要机制是位错粘性滑移。（3）对铸造T6、挤压F态和挤压T5态GW103合金拉伸蠕变过程中的组织演变研究表明,微裂纹主要在与应力方向大致垂直同时难以出现滑移的晶粒之间的晶界处萌生,这些晶粒处于基面滑移硬取向而柱面滑移软取向。随着蠕变温度和应力的增加,三种合金的蠕变断裂模式均由沿晶脆性断裂转变为沿晶韧性断裂。挤压T5态合金在拉伸蠕变过程中晶粒尺寸稍微增大,晶内均匀析出大量的β相,在蠕变后期会在与应力方向大致垂直的晶界附近产生晶界无析出区（PFZ）。PFZ的形成和扩张为溶质耗损机制控制。（4）对铸造T6、挤压F态和挤压T5态GW103合金在200300oC/50120MPa条件下的压缩蠕变行为研究表明,三种合金的压缩蠕变曲线均主要表现出两阶段的特征:初始减速蠕变阶段和稳态蠕变阶段,其中稳态蠕变阶段占主导。相比铸造T6态合金,热挤压后挤压F态和挤压T5合金的抗压缩蠕变性能均下降,在同等温度和应力范围下的最小蠕变速率比铸造T6态合金高一个数量级。铸造T6态合金在250300oC范围内压缩蠕变稳态阶段的主要蠕变机制是位错滑移。挤压T5态合金在高温区域（250300oC）主要的蠕变机制是位错滑移,而在低温区域（200250oC）,晶界滑移很可能是蠕变的主要控制机制。挤压F态和挤压T5态合金存在拉伸-压缩蠕变不对称性,主要表现在在同等蠕变条件下压缩蠕变的最小蠕变速率低于拉伸蠕变,而压缩蠕变的瞬时应变量却大于拉伸蠕变。对挤压T5态GW103合金压缩蠕变过程中的组织演变研究表明,在蠕变后期会在与应力方向大致平行的晶界附近产生PFZ,PFZ的形成和扩张为溶质耗损机制控制。（5）对铸造T6和挤压T5态GW103合金在200300oC/80505MPa条件下（此处为压头压入应力）的压入蠕变行为研究表明,合金的压入蠕变曲线主要表现出两阶段的特征:初始减速蠕变阶段和稳态蠕变阶段,其中稳态蠕变阶段占主导。铸造T6态合金在低应力条件（<270MPa）下n值为1.42.2,Q值为86.8kJ/mol,稳态阶段蠕变的主要机制是晶界滑移;在高温（>250oC）高应力（>270MPa）条件下n为3.45.1,Q值为175.5190.7kJ/mol,蠕变的主要机制是位错攀移。挤压T5态合金在低温（200oC）低应力下n和Q值也较低,晶界滑移很可能更多地参与稳态阶段蠕变;而在高温（250300oC）高应力下n为3.4,Q值为140.4165.0kJ/mol,主要的蠕变机制为位错滑移。通过转换因子可以将铸造T6态和挤压T5态合金压入蠕变中的压入应力和最小压入蠕变速率转化为对应单轴蠕变中的相关参数,结果与同等条件下的单轴拉伸或压缩蠕变结果很吻合,其中使用的应力转化因子为0.260.35,应变转化因子为0.755。（6）对铸造T6态和挤压T5态GW103合金压入蠕变过程中的组织演变研究表明,压入蠕变一定深度后样品在不同区域表现出不同的变形特征,主要可分为三个部分:在压头正下方小于压头半径尺寸（<2mm）的区域内,其组织除了在高温蠕变过程中晶内和晶界形成更多析出相外,没有出现明显的塑性变形特征;在由压头边缘起延伸至压头下方约直径尺寸的区域内,其组织经历了严重的塑性变形,晶粒形状和取向发生很大变化,晶界出现扭折和破裂;在远离压头区（>5mm）,合金的组织没有明显的变形特征。铸造T6态和挤压T5态合金在高温压入蠕变至一定深度后,均在压头边缘区域出现沿晶裂纹。铸造T6态合金在在发生严重变形的区域观察到拉伸孪晶,而在挤压T5态合金中没有孪晶产生。（7）对铸造T6态和挤压T5态合金在200325oC原位拉伸及拉伸蠕变研究表明,变形的主要机制是位错滑移,被激活的滑移系类型为基面、柱面<a>和角锥面<c+a>。在更高温度（300oC及以上）变形时,除了位错滑移外,晶界滑移也大量参与变形。在所研究的温度范围内拉伸和拉伸蠕变变形过程中没有出现孪晶。（8）对铸造T6态合金高温原位拉伸和拉伸蠕变研究表明,基面滑移占被激活的滑移总数的大部分,非基面滑移（柱面<a>和角锥面<c+a>）的贡献则随温度的升高而降低。在拉伸变形后,合金在相对低温（200oC和250oC）条件时非基面滑移的激活比例为3435%,而在高温（300oC和325oC）条件时该值降低到12%和7%。在拉伸蠕变至断裂后,合金在低温条件非基面滑移占总激活滑移系的31%,而在高温条件该值降低为1016%。虽说非基面滑移的激活比例在高温下有所降低,但角锥面<c+a>滑移的激活能力相较于柱面<a>滑移有所提升。（9）对挤压T5态合金高温原位拉伸和拉伸蠕变研究表明,三种取向样品的滑移激活规律有所差别,但总体趋势显示,随着温度的升高,非基面滑移的激活比例反而降低。以ED样品为例,在拉伸变形后,合金在200oC、250oC和300oC时的非基面滑移比例分别为21%、12%和5%;在拉伸蠕变至断裂后,合金在200oC、250oC和300oC时的非基面滑移比例分别为20%、11%和9%。挤压T5态合金表现出一定的各向异性。ED样品具有最高的抗拉和屈服强度,以及最优异的抗蠕变性能,而TD样品性能最差。在拉伸及拉伸蠕变变形过程中,同等温度下ED样品中的非基面滑移激活比例要高于TD样品,这种差异随着温度的升高逐渐减小。所测得的应变各向异性r值范围在0.821.07,平均值r非常接近1,表明合金的各向异性程度较低,这与合金初始的弱织构有关。（10）预估了铸造T6态和挤压T5态合金在不同温度下柱面/基面滑移的临界剪切应力（CRSS）比,结果表明在低温下（200oC）,合金的CRSS比值较低（35）,柱面滑移的激活能力较高,而在高温下CRSS比值反常增加,这很可能与高温下晶界滑移大量参与变形有关。在同等温度下,挤压T5态合金的CRSS比值比铸造T6态合金的要高,表明挤压T5态合金的非基面滑移激活能力较低。（11）对铸造T6态和挤压T5态合金高温原位拉伸及拉伸蠕变研究,发现了变形过程中位错在晶粒内的多滑移和晶粒间的滑移转移作用,并且这些滑移系间的相互作用在200oC和250oC时更加明显。多滑移的类型以基面-柱面型为主,并且参与多滑移的基面和柱面滑移具有不同的<a>滑移方向。这种具有不同<a>方向的多滑移可以作为一种间接强化机制。参与滑移转移的滑移对以基面-基面型为主,也有少量基面-柱面和柱面-柱面型,这些滑移对往往具有相同的<a>滑移方向。滑移转移更容易在小角晶界（<15o）和取向角度差大于75o的晶界处发生,且发生滑移转移的晶界处不易萌生微裂纹。