Mg-RE-Zn系稀土镁合金的析出相与LPSO结构及其强韧化机制研究

析出相和长周期有序（LPSO）结构是近年来稀土镁合金重点研究的两大基础问题。Mg-RE-Zn系合金是目前唯一同时存在析出强化和LPSO结构强化可能性的稀土镁合金。本项目选择Mg-RE-Zn系合金为研究对象，通过理论研究和试验研究，预测出析出相和LPSO结构共存的成分范围,采用先进制备加工技术制备不同组织形态的镁合金材料，获得以析出相、LPSO结构为主体的多因素复合强化镁合金；采用先进材料分析技术从原子尺度上分别系统研究该合金中的析出相和LPSO结构的形成条件与准则、晶体学特征以及转变机制；分别揭示析出相和LPSO结构的强化效应与机制；开展析出相和LPSO结构共存条件、复合强化效应与机制研究，探索强化相与强化结构形态特征的有效调控手段，建立稀土镁合金以析出相、LPSO结构为主体的多因素复合强韧化理论与模型，为超高强度镁合金的开发与应用提供理论指导

析出相和长周期有序（LPSO）结构是近年来稀土镁合金重点研究的两大基础问题。Mg-RE-Zn系合金是目前唯一同时存在析出强化和LPSO结构强化可能性的稀土镁合金。本项目选择Mg-RE(-Zn)系合金为研究对象，通过传统铸锭冶金工艺制备了Mg-Gd(-Zn)(-Zr)，Mg-Y-Gd(-Zn)-Zr和Mg-Gd-Y(-Zn)-Zr系合金，借助OM、SEM、TEM、HRTEM、DTA和室温、高温拉伸及蠕变、硬度测试等手段，研究了合金在不同状态下(铸态、固溶态、固溶+时效态、热挤压态、热挤压-T5态、ECAP态、 ECAP-T5态、FSP态、FSP-T5态)的显微组织演化规律及其对室温力学性能、高温力学性能及断裂行为的影响。系统研究了合金中析出相和LPSO结构的形成条件与准则、晶体学特征以及转变机制；探索出了析出相和LPSO结构共存条件，预测出了析出相和LPSO结构共存的成分范围：RE/Zn (at.%)=1:1-3:1 (注：一个RE元素)左右。进行了复合强韧化效应与机制研究，探索出强化相与强化结构形态特征的有效调控手段，建立了稀土镁合金以析出相、LPSO结构为主体的多因素复合强韧化理论与模型。采用先进制备加工技术制备不同组织形态的镁合金材料，最终制备了以析出相、LPSO结构为主体的多因素复合强韧化高强韧耐热稀土镁合金：已研制出新型的Mg-Y-Gd-Zn-Zr和Mg-Gd-Y-Zn-Zr铸造耐热稀土镁合金，常温和高温抗拉强度及蠕变性能都明显强于WE54合金；已研制出新型的屈服强度大于500MPa的高强变形Mg-Gd-Y-Zn-Zr耐热稀土镁合金，建立高强韧铸造和变形耐热镁合金的设计原则和原型，从而为超高强度高韧性镁合金的开发与应用提供理论指导。