【摘 要】
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稀土镁合金的比强度和比刚度较高,而且高温力学性能优良,但其塑性较差的缺点限制了稀土镁合金的应用。为了提高稀土镁合金的成形性能,通常用塑性变形工艺来细化其晶粒并改善组织织构。多向锻造具有细化晶粒、均匀组织、修复内部微裂纹等优点,且其工艺简单、生产效率和材料利用率较高的特点对于生产加工较为友好。研究合金的热变形行为可以较为方便的获得合金较佳的加工工艺参数,还能指导加工设备的选择。目前通过多向锻造工艺强
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稀土镁合金的比强度和比刚度较高,而且高温力学性能优良,但其塑性较差的缺点限制了稀土镁合金的应用。为了提高稀土镁合金的成形性能,通常用塑性变形工艺来细化其晶粒并改善组织织构。多向锻造具有细化晶粒、均匀组织、修复内部微裂纹等优点,且其工艺简单、生产效率和材料利用率较高的特点对于生产加工较为友好。研究合金的热变形行为可以较为方便的获得合金较佳的加工工艺参数,还能指导加工设备的选择。目前通过多向锻造工艺强化稀土镁合金的研究主要针对的原始材料为铸态,利用多向锻造工艺提高挤压态稀土镁合金成形性能的研究还较少。本文对挤压态Mg-8.5Gd-4.5Y-0.8Zn-0.4Zr合金进行500℃保温12h后水冷的固溶处理,初步改善其组织织构。研究Mg-8.5Gd-4.5Y-0.8Zn-0.4Zr合金在不同温度（400℃～500℃）和不同应变速率(0.001s-1～1s-1)下的热变形行为,建立合金的本构方程并绘制热加工图,结合合金热变形组织分析得到多向锻造工艺参数范围。最后分析Mg-8.5Gd-4.5Y-0.8Zn-0.4Zr合金多向锻造过程中的组织织构变化,探索合金的多向锻造工艺。主要结论如下:（1）观察挤压态Mg-8.5Gd-4.5Y-0.8Zn-0.4Zr合金固溶前后组织织构,发现固溶处理后合金晶界会析出大量长周期有序结构（LPSO:Long Period Stacking Ordered Structure）相,更多的稀土元素溶入基体起到固溶强化的作用,无法溶入基体的稀土元素也会形成富稀土相弥散分布于基体内对基体起到弥散强化的作用。此外,固溶处理还会从一定程度上改善材料的各向异性,原始柱面织构转变为了基面和柱面共存的织构特征,有助于改善材料的各向异性。（2）固溶态Mg-8.5Gd-4.5Y-0.8Zn-0.4Zr合金通过热模拟压缩试验获得不同变形温度和应变速率下的真应力-应变曲线,分析其热变形行为发现合金的流变应力对变形温度和应变速率都较为敏感。基于Arrhenius模型建立了合金的本构方程:ε=9.3979 × 1019[sinh（1.0261 ×10-2 σ）]4.5635 exp（-3.0066 × 105/RT）本构方程可以较为准确的预测合金高温变形时的峰值应力。考虑到应变对本构方程的影响,建立了合金基于应变补偿的本构方程,对合金高温变形时的流变应力预测较好。（3）绘制了 Mg-8.5Gd-4.5Y-0.8Zn-0.4Zr合金的热加工图,发现合金存在两个失稳区,一个是低温（400～440℃）区域,一个是中高温（460～490℃）区域,应变速率都在0.1 s-1～1s-1之间。观察合金失稳区变形组织发现组织中存在明显的变形流线,其失稳方式为流变失稳,安全区变形组织则主要以动态再结晶为主。结合合金的热加工图和变形组织分析确定Mg-8.5Gd-4.5Y-0.8Zn-0.4Zr合金较佳的锻造工艺参数,变形温度范围为480℃～500℃,应变速率范围为0.01s-1～0.2s-1。（4）对固溶态Mg-8.5Gd-4.5Y-0.8Zn-0.4Zr合金进行单向、双向、多向锻造变形。观察锻造过程中组织变化发现,合金单向锻造时只有部分晶粒激发孪生,这与合金的晶粒取向有关。增加载荷方向会导致原来不利于激发孪生的晶粒在载荷的变化下激发孪生,且锻造过程中同一变体的孪晶还会粗化形成粗大孪晶。多向锻造会导致合金晶界的扭折,位于晶内的LPSO相也会通过自身的扭折协调变形并形成扭折带。孪晶、晶界扭折会在退火过程中通过再结晶细化合金晶粒,退火并不能完全消除扭折带。
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