本文在冷室压铸条件下,以Mg-Gd-Y-Zr（GWK）系合金为研究对象,开发了一种不含铝的耐热压铸稀土镁合金材料及冷模压铸工艺,利用光学显微镜、SEM、XRD、EDS及力学性能测试等手段研究了冷模压铸GWK系合金的显微组织及力学性能。通过分别添加合金元素Ca和Zn以降低稀土元素Gd的含量,从而降低合金成本,试制出GWC63K和GWZ631K两种合金,并分析了Ca和Zn对冷模压铸GWK系合金组织和性能的影响。通过对合金进行固溶处理、时效处理及固溶+时效处理,探讨了热处理工艺对压铸GWK系合金组织及力学性能的影响及其作用机理。研究结果表明,通过控制合金液品质和压铸工艺参数,可以在冷模压铸条件下制备GWK系镁合金,从而获得细小的晶粒组织。压铸GWK系合金合适的工艺参数范围为浇注温度700℃,模具温度80～100℃,压射速度3m/s。冷模压铸Mg-xGd-3Y-0.5Zr（x=6,8,12wt.%）合金的显微组织由α-Mg基体和沿α-Mg基体分布的Mg24Y和Mg5（GdY）相组成,并且大多数稀土元素Gd、Y沿晶界分布。压铸态合金中Gd元素含量的增多有助于提高合金的强度和硬度,但会使合金的塑性略有下降。对冷模压铸GW83K和GW123K合金进行固溶（400℃×2h）、时效（200℃×8h）和固溶+时效（400℃×2h+200℃×8h）处理后,合金的力学性能较压铸态有较大提高,其中固溶处理效果最为显著,GW123K-T4合金的室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到了269.4MPa、251.0MPa和4.2%,比压铸态GW123K合金分别提高了18%、17%和20%。Ca元素可以明显细化GWK合金组织,而Zn元素使GWK合金晶界处第二相数量明显增多且为不连续棒状或颗粒状。GWC63K和GWZ631K合金的室温强度和塑性明显优于GW83K合金,并具有较好的高温力学性能。通过添加合金元素Ca和Zn,降低稀土元素Gd的含量,从而降低合金成本,这对开发新型不含铝的稀土耐热压铸镁合金具有极其重要的探索价值。
