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随着科技的发展及航天器种类的多样化,对轻质镁合金材料的需求也越发迫切,对其强度和塑性以及适应极端条件下的性能要求也越来越高。常规镁合金强度较低且塑性较差,目前还无法在主要承力结构件上使用,急需开发超高强高韧镁合金。而且太空条件恶劣,昼夜温差很大,要求航空航天材料不仅要具备较好的耐寒性能还需要较好的耐热性能。因此,为了使所研究的高强韧镁合金安全地用于结构件中,必须先了解其在不同服役条件下的断裂失效行为。综上所述,本课题针对含LPSO相的超高强Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金,测试其在模拟航空航天服役条件下(高温、低温等环境下)的力学行为及失效机制。在此基础上,通过合金化的手段,对其性能进行改善,研制开发出满足航空航天服役条件的超高强高韧镁合金。本课题的研究不仅对设计制备超高强高韧镁合金具有指导意义,还对航空航天用镁合金的开发提供参考,研究成果兼具学术意义和应用价值。首先,我们探究了在极端服役温度条件下Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金的力学性能,分别研究了该合金在经过长时间(10 h,20 h,50 h,100 h)液氮浸泡后,以及在250~400°C的高温下合金的的组织变化以及力学性能。经过低温处理后,合金晶粒与合金内的第二相细化效果显著,其中经50 h处理后力学性能达到高:显微硬度由122.21 Hv提升到135.06 Hv;抗拉强度529.4 MPa,断后延伸率为9.9%。高温拉伸实验表明,合金在300°C以下有较好的耐热性,随着温度的升高,合金的断裂模式由解理的脆性断裂向韧窝型韧性断裂转变。其次,我们研究了微合金元素Sr对Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金组织的调控,分别在Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金中添加了成分为0.4、0.8和1.2(wt.%)的Sr,发现微量的Sr可以有效地细化合金晶粒尺寸,同时会对合金中层状LPSO相的析出有抑制作用,使合金中的第二相更加弥散细化。其中添加成分为0.4Sr后合金的力学性能提升效果最明显,挤压态的合金的抗拉强度达到406.8 MPa,比原本合金的抗拉强度提高了超过20 MPa,断后延伸率为12.9%,同样高于未添加Sr的10.7%;随后进行时效处理,由于时效析出强化效果,合金强度进一步提升,未添加合金元素的抗拉强度为504.6 MPa,在添加成分为0.4Sr合金后提升到了529.1MPa,断后延伸率为7.5%。而随着Sr含量的进一步增加,第二相在晶界有连成网状结构的趋势,导致性能恶化。然后,我们对Mg-9Gd-4Y-1Zn-0.8Mn合金以及上一章得到性能最好的合金进行断裂韧性与冲击韧性的实验,以了解所研究的高强镁合金的断裂失效行为,分析断裂机制。由于微合金元素Sr对合金晶粒以及第二相的细化作用,添加微合金元素后合金的断裂韧性与冲击韧性均得到有效提高,并使得裂纹扩展路径更曲折消耗更多的能量,添加微合金元素后合金冲击韧性有50%以上的明显提高。合金的断裂机制均是沿晶与穿晶混合型的解理断裂模式。