稀土镁合金因其优异的室温及高温力学性能而具有广阔的发展前景,随着不断深入的研究和开发,目前已经初步应用于汽车、国防等工业领域中。在Mg-RE合金中加入廉价的Zn不仅可以调控合金的时效析出组织,而且在适当条件下,Mg-RE-Zn系合金还会产生除沉淀相以外的新结构—长周期有序结构(Long Period Stacking Ordered Structure,简称LPSO结构)。LPSO结构的出现使Mg-RE-Zn系合金表现出更为优异的力学性能,尤其是在强度提升的同时可以保证合金具备较高的塑韧性。但目前国内外关于含LPSO结构的多稀土组元Mg-RE1-RE2-Zn合金系的研究尚处于初始阶段,对于不同合金系中LPSO结构的形成条件、形成机理和工艺手段的研究还不够成熟和完善,尤其对合金中LPSO结构的尺寸和数量的控制尚未有系统的研究。根据目前已有的关于Mg-Gd-Zn和Mg-Y-Zn两个合金系中LPSO结构的研究成果,本论文在此基础上利用金相显微镜(MEF-4A)、X射线衍射仪(XRD-6000)、扫描电镜(JSM-5600LV)、电子探针(EPMA-1600)、透射电镜(TG220S-Twin JEM-100CXⅡ)、维氏硬度仪(HXD-1000)和电子万能拉伸试验机(WD-10A),对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金中LPSO结构相的形成规律及其组织形态控制方法与机理进行了重点研究,同时研究了含LPSO结构相Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的轧制变形特点。论文研究得出如下主要结论：1.在Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金中,利用Y/Zn质量比可以控制晶界LPSO结构相的形成。当该比值在2.3及以下时,晶界第二相全部转变为具有LPSO结构的Mg10(Y, Gd)Zn相；比值在4.5及以上时,Mglo(Y, Gd)Zn相则无法形成。同时,Y/Zn质量比同样能够显著影响热处理过程中LPSO结构相的形成与转变,从而起到控制合金组织的目的。当合金稀土成分较高时,随着该比值的升高,LPSO结构相可以得到显著的细化,提高合金的组织均匀性。2.通过调节合金成分与Y/Zn质量比,设计制备了Mg-5Gd-2Y-2Zn-0.5Zr和Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr两种新型低稀土镁合金。其中,完全由具有LPSO结构的Mg10(Y, Gd)Zn相作为晶界第二相的Mg-5Gd-2Y-2Zn-0.5Zr合金获得了优异的高温力学性能。晶界处的LSPO结构相可以有效地阻碍晶界滑移,从而保证了合金的室温和高温强度。合金在200-275℃范围内可保持与室温下相近的抗拉强度和屈服强度,并同时具有良好的伸长率。其在250℃时的抗拉强度为240MPa,比同等稀土含量的WE43合金提高了近30MPa。3.在凝固以及固溶处理过程中,稀土元素Y和Nd对LPSO结构相形成和转变的有序化过程分别具有促进和阻碍作用,其具体转换关系可用如下可逆反应式表示：Mg5(Gd,Zn)(?)Mg10(Y,Gd)(?)Mg5(Gd,Y,Zn)。通过对Y和Nd成分的调控,能够实现对晶界LPSO结构相数量及尺寸的有效控制。4.在固溶处理过程中,合金中溶质原子会因扩散速率的变化导致实际浓度的变化,进而影响晶内LPSO结构的形成与生长。通过合理改变热处理制度来控制溶质扩散速率,不仅能够显著地影响晶界LPSO结构相的形成与分解,还可以有效地对晶内LPSO结构的形成位置、数量与形态进行调控。针对铸态下即形成的晶界LPSO结构相,可以通过控制热处理温度与时间来调节晶内溶质原子的固溶程度,但要避免LPSO结构相在分解中出现过渡相；对于晶内新形成的LPSO结构,要根据合金成分、铸态下晶界第二相类型、数量等条件确定晶内溶质浓度与扩散速率之间的内在联系,从而达到对其形成位置、数量与形态进行调控的目的。5.研究了含LPSO结构相Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的轧制工艺,结果表明：轧制温度为400℃时,三种合金板材在轧制过程中都容易产生斜向45°方向剪切裂纹；随着轧制温度的升高,板材的裂纹明显减少。Mg-5Gd-2Y-2Zn-0.5Zr和Mg-6Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金在450℃下进行轧制时已经能够保证板材的成形性,而Mg-8Gd-5Y-2Zn-0.5Zr合金的轧制温度则需提高到500℃左右。晶界处的LPSO结构相能够有效地吸收合金在轧制变形时产生的位错,从而大幅度削弱晶粒内部的位错塞积,使合金在变形过程中不易产生动态再结晶。但随着轧制温度的提高,LPSO结构相逐渐破碎,对位错的吸收能力会逐渐减弱,使合金出现了不同程度的再结晶组织。