中文摘要：

镁合金铸锭需要长时间的热处理才能使其中的第二相固溶，不仅耗时、而且使合金产生氧化和晶粒粗化，不利于推广应用。已有结果表明搅拌摩擦加工（FSP）可破碎镁合金铸锭中第二相并使其溶解，同时可细化晶粒。但FSP加工后第二相破碎程度与固溶机制不明确，因而影响微观结构及其均匀性的因素尚不确定。另外加工后热处理对搅拌摩擦加工所特有的微观结构演化影响未得到研究。本项目以MgGdYZr合金为对象，对铸锭经不同参数FSP改性后第二相颗粒、合金元素分布、宏微观变形组织特征以及FSP后热处理的第二相形貌、尺寸以及分布特征进行研究，并研究微观结构对性能的影响，从而了解稀土镁合金在FSP过程中及FSP后热处理过程中的组织演化机制，进而建立起加工工艺-微观结构-力学性能关系，为合金加工工艺制定提供依据，最终建立组织性能精确控制原理。

结论摘要：

对铸态Mg-Gd-Y-Zr合金进行搅拌摩擦加工（FSP），对加工区微观结构特性、时效行为、力学性能及超塑性行为进行了细致的研究。研究表明，FSP能基本实现粗大共晶β-Mg5(Gd,Y)相溶解和晶粒显著细化，相当于一步实现固溶+热变形处理。加工区产生高比例的高角度晶界，弱的基面织构和低位错密度。对两种成分接近但共晶相体积分数差异较大的Mg-Gd-Y-Zr铸锭进行FSP，发现加工区晶粒尺寸随工具转速和行进速度增加而降低，但变化较小。在所有参数下，加工区均存在洋葱环结构，其明显程度与母材的合金成分偏析和工艺参数有关。洋葱环结构是温度、应变及应变速率梯度变化导致的局部变形及粒子不充分溶解的结果。FSP过程中，加工区主要产生剪切变形，晶粒通过连续和非连续动态再结晶两种方式细化。FSP过程中共晶粒子的快速溶解是元素扩散距离缩短、粒子尺寸降低及位错等大量晶体缺陷产生的综合结果。FSP Mg-Gd-Y-Zr合金的时效序列为过饱和固溶体，β"，β’，β1，β。析出相主要在晶内连续析出，受位错等缺陷影响较小。FSP后铸态Mg-Gd-Y-Zr合金的室温和高温力学性能显著提高。除晶粒尺寸外，加工区的洋葱环结构对性能也有重要影响，其影响类似于层状结构。通过调整加工参数，以控制洋葱环条带宽度和晶粒尺寸，能使加工区力学性能提高。FSP Mg-Gd-Y-Zr在415oC和1×10-3 s-1下表现出1110%高的超塑性。超塑性延伸率对温度敏感，这种温度敏感性来源于不同温度下析出的晶界β粒子的体积分数差异。