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镁合金作为具有高比强度和比刚度的结构材料,在汽车、电子等领域已被大量应用,但较低的高温性能限制了其在航天航空工业上的应用。稀土元素可以明显提高镁合金的性能,尤其是高温拉伸和高温蠕变性能,因此稀土镁合金为当前世界镁合金领域的一个研究热点。本文在Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金基础上,添加Dy稀土元素,开发新型Mg-4Y-3Nd-x Dy-Zr镁合金。研究了合金中Dy对合金组织形态、相组成及结构、室温及高温力学性能等的影响。Mg-4Y-3Nd-x Dy-0.5Zr(x=0,1,2,3,5)合金铸态组织研究表明,合金铸态组织由基体a-Mg、存在于晶界的骨状的共晶相Mg5RE(f.c.c.,a=2.2~2.3nm)和沿骨骼状相边缘及其内部形成的块状相RE17Mg3(f.c.c.,a=0.5~0.6nm)组成。Dy未影响铸态相结构类型,但对相的晶格常数有微弱影响。随着合金中Dy含量的增加,骨状相体积增多,尺寸增大,形貌更加复杂。在合金凝固过程中,Dy替代了部分Nd析出形成骨状相,而对骨状相中的Y没有影响。在形成块状相时,Dy对Nd基本没有影响,块状相中Dy/Y随着合金中Dy含量的增加而不断增大。在铸态组织中Nd主要集中分布在骨状相中,而Y和Dy在晶界和骨状相中有微弱的富集。Mg-4Y-3Nd-x Dy-0.5Zr(x=0,1,2,3,5)合金固溶态组织研究表明:骨状相在500℃温度下结构稳定,而在525℃和550℃温度下快速消融;块状相在525℃以下温度时相结构稳定,Nd从块状相中不断扩散到基体中直至与基体中的含量一致,但在550℃固溶处理过程中,块状相在缓慢消融,对晶界的钉扎作用逐渐减弱导致晶粒快速长大。Mg-4Y-3Nd-x Dy-0.5Zr(x=0,1,2,3,5)合金时效硬化曲线和时效析出行为研究结果表明,该系合金具有明显的时效硬化效应,并随着时效温度的升高,合金时效硬度略有下降。加入Dy大大提高了合金硬度,同时也使到达峰时效提前、析出相更加细小弥散。在250℃时效处理过程中,Mg-4Y-3Nd-0.5Zr合金时效析出顺序为:β″、β′、β。但Mg-4Y-3Nd-0.5Z合金中加入Dy,促进了β′相的形核析出,这也是导致峰时效提前原因。对Mg-4Y-3Nd-0.5Zr(WN43)合金和Mg-4Y-3Nd-2Dy-0.5Zr(WND432)合金固溶态的基体固溶体脱溶沉淀析出的转变驱动力进行了分析,并计算得出了在250℃下的WN43DG=-85J/mol,WND432DG=-101J/mol。较低的脱溶沉淀析出转变驱动力促使β￠相的形核析出。Mg-4Y-3Nd-x Dy-0.5Zr(x=0,1,2,3)合金性能研究结果表明,Dy能显著提高合金拉伸性能,尤其是高温抗拉性能。在300℃下,加入3%Dy的Mg-4Y-3Nd-3Dy-0.5Zr合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了43.2%和37.6%。但由于合金加入Dy较少,对合金蠕变性能影响很小,尤其是较低温度的蠕变性能。Mg-4Y-3Nd-2Dy-0.5Zr合金在蠕变温度为250℃时,应力敏感性指数为2.3,滑移机制主要为基面滑移和棱柱面滑移;在蠕变应力为40MPa和80MPa时,激活能分别为94k J/mol和195k J/mol。细小弥散的块状相RE17Mg3对合金具有第二相强化作用,但其强化作用弱于块状相中稀土固溶进基体后产生的固溶强化作用。