中文摘要：

为了研究高强度稀土镁合金在月球探测器上应用的可行性，本项目依据航天材料发展的因素，针对月球探测器在发射、着陆、返回等环境下的应用需要，针对月球探测器应用环境的特殊性，开展相应的材料性能测试、理论研究、加工工艺探索。研究镁合金在月球探测器模拟应用环境下的拉伸试验、压缩试验、冲击韧性试验、断裂韧性试验、疲劳试验、蠕变试验等从低温到高温(-180℃～150℃)的力学性能，并结合微观组织观察。利用原位拉伸透射电镜等技术研究稀土相和位错等的相互作用，观察微裂纹的萌生与扩展规律，从而建立Mg-Y-Zn-(Zr)、Mg-Gd-Y-Zr合金在月球环境下的强化机制，揭示其在月球环境下的失效机制，丰富和发展高强度稀土镁合金理论。本项目还对Mg-Y-Zn-(Zr)、Mg-Gd-Y-Zr合金制备月球探测器零部件的铸造、变形、焊接等加工工艺性进行基础性研究，弥补了以往稀土镁合金在该方面的不足。

结论摘要：

本项目以研究高强度稀土镁合金在月球探测器上应用的可行性为目标，以Mg-Y-Zn-(Zr)、Mg-Gd-Y-Zr合金系镁合金为典型合金，Mg-Y-Zn-(Zr)镁合金是以长周期有序结构组织强化为强化机制，Mg-Gd-Y-Zr镁合金是β亚稳态析出相强化为强化机制，该两种合金是两种强化机制的代表合金。为了解决高强度稀土镁合金在月球探测器上应用的三个因素材料性能测试、材料科学理论、材料加工工艺问题。本项目的研究达到了项目原定的目标，研究结果不仅具有学术价值，而且具有明显的应用意义。本项目对稀土镁合金进行了不同温度（-196℃、-130℃、-100℃、-50℃、0℃、150℃、200℃、250℃）下的力学性能测试，结果发现随着拉伸温度提高，材料的强度逐渐下降，延伸率逐渐上升。对经过不同温度拉升后的样品进行金相相貌观察，可以看到从-196℃到100℃，样品含有较高的孪晶比例，这说明在低温下主要靠孪生变形。在150℃变形后孪晶数量有个突然的下降，这说明变形机制由孪生向位错滑移转变。在250℃变形时部分非基面滑移开动。本项目不仅利用透射电镜、扫描电镜等对稀土镁合金进行了常规的微观组织研究，还利用球差校正透射电镜，从原子尺度研究了长周期有序结构组织和β各亚稳态析出相的结构，得到了一些对强化相析出过程新的认识和发现了新的结构。本项目有了一些新的发现析出相形核的特点，过饱和固溶体没有经过β''相直接析出了β'相，另外，我们还发现βM、βH、βT、βT' 、βC等新的析出结构，这些结构在以往的高分辨透射电镜技术下是无法得到的。本项目还利用在不同应变速率（0.001, 0.01, 0.1, 1.0 s-1）、不同温度（ 300℃ - 450℃）的热压缩获得的应力应变曲线。在同一应变速率下，随变形温度的升高，镁合金的流动应力水平逐渐下降；在同一变形温度下，随应变速率增加，镁合金的流动应力水平逐渐升高，说明该合金具有正的应变速率敏感性。分析获得了Mg-Gd-Y-Zr合金不同应变下的加工图，发现Mg-Gd-Y-Zr系镁合金可加工区域为温度375-450℃和应变速率为0.001-0.03s-1时。得出了Mg-Gd-Y-Zr系镁合金激活能Q=251.96 kJ/mol，说明由热激活控制的动态回复和动态再结晶是Mg97Y2Zn1合金热压缩变形过程中的主要软化机制。