钇含量协同热机械加工调控Mg-11Gd-xY-0.5Zr合金的析出动力学与力学性能

镁稀土(Mg-RE)合金因其轻量化潜力面临析出相调控难题。中国研究团队通过系统研究Y含量(x=1.5/2.5/3.5 wt.%)与热挤压-时效(200°C)对Mg-11Gd-xY-0.5Zr合金的协同作用，发现1.5 wt.% Y合金经时效后β′相强化效果最佳，室温抗拉强度(UTS)突破500 MPa，而3.5 wt.% Y因β相粗化导致性能劣化。该研究为高性能Mg-Gd-Y-Zr合金的组分-工艺优化提供了关键理论依据。

　　

镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天和交通运输领域具有重大应用前景，其中镁-稀土(Mg-RE)合金因其优异的比强度和高温性能备受关注。然而，合金中稀土元素的添加比例与热机械加工工艺的协同作用机制尚未完全阐明，特别是钇(Y)含量对析出相演变规律的影响存在争议。这些问题严重制约着高性能镁合金的定制化开发。

针对这一挑战，中国国家自然科学基金资助项目团队对Mg-11Gd-xY-0.5Zr(x=1.5/2.5/3.5 wt.%)合金体系展开系统研究。研究人员采用真空感应熔炼制备三种成分合金，通过热挤压结合200°C时效处理，综合运用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等多尺度表征手段，结合室温/250°C力学测试，揭示了Y含量-工艺-性能的构效关系。

材料制备与加工
采用高纯Mg(99.99 wt.%)和Mg-30Gd/Y/Zr中间合金，在氩气保护下熔炼制备ACY_1.5
、ACY_2.5
和ACY_3.5
三种铸态合金，经均匀化处理后进行热挤压变形，最后在200°C进行时效处理。

铸态与挤压态合金的显微组织
铸态合金平均晶粒尺寸随Y含量增加从42.70 μm(1.5 wt.%)减小至36.28 μm(3.5 wt.%)。挤压后动态再结晶(DRX)行为呈现非单调性：低Y含量促进连续DRX，而3.5 wt.% Y导致不连续DRX占比增加。EBSD分析显示，所有挤压合金均形成典型的基面织构，但Y含量升高使织构强度降低15%。

讨论
关键发现表明：1.5 wt.% Y合金(AGY_1.5
)在时效后形成高密度纳米级β′(BCO结构)强化相，使其室温UTS达500 MPa；而3.5 wt.% Y合金尽管晶粒更细(8.2 μm)且位错密度更高，但因β(FCC结构)相粗化导致强度下降。250°C变形时，动态析出效应和非基底滑移系激活使所有成分合金呈现显著加工硬化。

结论
该研究首次明确析出相特征(形貌/分布)是主导力学性能的关键因素，其影响权重超过晶粒尺寸、织构和位错密度。具体结论包括：(1)1.5 wt.% Y配合200°C时效可实现最优室温性能；(2)3.5 wt.% Y诱发β相有害粗化；(3)高温变形中动态析出与滑移系激活共同提升延展性。这些发现为设计新一代高强韧Mg-Gd-Y-Zr合金提供了理论指导和技术路线。

论文由Adil Mansoor、Zhexuan Huang等合作完成，通讯作者为Li Jing-Yuan和Jinjun Wang，成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》上。该工作不仅解决了Y含量优化与工艺匹配的科学问题，更建立了"析出相工程"调控镁合金性能的新范式，对推动轻量化材料发展具有重要战略意义。