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镁-稀土系(Mg-RE)合金具有良好的室温和高温力学性及优异的抗蠕变性能,广泛应用于汽车和航空航天工业中。近年来关于Mg-Gd-Y-Zr系耐热镁合金的研究日益增多,但其力学性能还有进一步提升的潜力。本文以Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金为基础,加入不同含量(0、1wt.%、2wt.%、3wt.%、4wt.%)的Nd,研究Nd对合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:铸态Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金组织由α-Mg基体和Mg5(Gd,Y)相组成,添加Nd后出现了新相Mg41Nd5。加入适量Nd能改善合金组织,提高合金强度,当Nd添加量为2%时,合金的抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为216MPa、209MPa,此时伸长率为2.6%。铸态Mg-10Gd-3Y-2Nd-0.5Zr合金经固溶535℃×6h处理后,晶界上绝大部分析出相溶入基体,然后在225℃时效,随着时效时间的增加,合金的布氏硬度值先增大后减小,在14h处达到峰值,因此最佳热处理工艺确定为:固溶:535℃×6h;时效:225℃×14h。Nd的适量添加使时效态Mg-10Gd-3Y-xNd-0.5Zr系合金的低温(室温~200℃)力学性能略有降低,但提高了合金的高温(250~350℃)力学性能。随着Nd含量的增加,合金高温耐热性能逐渐升高;同种成分合金随拉伸温度的升高,抗拉强度和屈服强度先增大后减小,出现了强度反常温度效应。伸长率随Nd含量增多逐渐减小,随拉伸温度的升高逐渐增大。时效态Mg-10Gd3Y-xNd-0.5Zr系合金主要强化相为β"相、β’相及具有18R结构的长周期有序结构(LPSO)相。时效态Mg-10Gd-3Y-xNd-0.5Zr系合金具有优异的室温及高温力学性能。Mg-10Gd-3Y-2Nd-0.5Zr合金在200~300℃范围下抗拉强度保持在280MPa以上,250℃为309.5MPa,特别是350℃拉伸时合金抗拉强度仍高达195MPa,表现出优异的耐高温性能,远超商用耐热镁合金WE54。时效态Mg-10Gd-3Y-2Nd-0.5Zr合金在(200℃、250℃、300℃)/(50MPa、70MPa、90MPa)下具有优异的高温抗蠕变性能,明显优于商用耐热镁合金WE54。250℃蠕变后β’相转变成β相,300℃蠕变后β相明显长大。随着蠕变温度和应力的升高,蠕变控制机制由扩散及晶界滑动机制逐渐向位错滑移、位错攀移机制转变。