离心铸造Mg-6Gd-5Y-1Zn-0.4Zr环形件的力学性能与阻尼协同调控机制研究

　　针对镁合金环形件在航空航天领域应用中力学性能与阻尼性能难以协同提升的难题，研究人员通过离心铸造结合热轧-时效工艺，成功制备出具有双峰组织与14H-LPSO相的Mg-6Gd-5Y-1Zn-0.4Zr合金。该材料抗拉强度达435 MPa，阻尼性能保持在0.021，揭示了晶粒细化强化与β'相沉淀强化的协同机制，为振动敏感部件提供了新材料解决方案。

　　

镁合金作为最轻的金属结构材料，凭借其高比强度和优异阻尼性能，在卫星舱体、武器外壳等航空航天领域具有重要应用价值。然而，传统重力铸造制备的大型环形件存在枝晶偏析缺陷，严重影响塑性变形能力；同时，通过晶粒细化提升强度的传统方法往往导致阻尼性能显著下降。这种"强度-阻尼"的倒置关系成为制约镁合金环形件工程应用的关键瓶颈。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地采用离心铸造结合热轧-时效的复合工艺路线，对Mg-6Gd-5Y-1Zn-0.4Zr合金进行系统研究。离心铸造的搅拌效应可破碎枝晶组织，离心力场还能减少气孔等缺陷；而后续的热机械处理则通过调控长周期堆垛有序（LPSO）相的演变与动态再结晶（DRX）行为，构建独特的双峰组织结构。该研究成功实现了强度与阻尼性能的协同提升，相关成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》上。

研究采用离心铸造制备合金坯料，通过扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM）进行微观结构表征，结合万能试验机和动态机械分析仪（DMA）分别评估力学性能与阻尼能力。关键工艺包括：515°C×20h均匀化处理、400°C热轧（变形量60%）及200°C时效处理。

【Microstructure of Mg-6Gd-5Y-1Zn-0.4Zr alloys】
铸态组织显示等轴α-Mg晶界分布块状18R-LPSO相，晶内存在层状14H-LPSO相。均匀化处理后18R-LPSO相完全溶解，而14H-LPSO相保留。热轧过程中，扭曲的14H-LPSO相边界诱发DRX晶粒形成，建立由粗大未再结晶晶粒和细小DRX晶粒组成的双峰组织。

【Microstructure evolution】
离心铸造引起的元素偏析导致18R/14H-LPSO相的空间梯度分布。轧制变形使14H-LPSO相产生扭折，促进DRX形核；时效处理析出高密度纳米级β'相（Mg₇
Gd/Y），与LPSO相形成协同强化网络。

【Conclusions】
峰值时效态合金展现出435 MPa抗拉强度和411 MPa屈服强度，较均匀化状态分别提升88.3%和149.1%，同时保持0.021的阻尼值（仅比铸态低0.005）。这种卓越的性能组合源于：1）DRX细晶强化与β'相沉淀强化的耦合作用；2）保留的14H-LPSO相通过位错钉扎维持阻尼性能；3）双峰组织协调强度-塑性平衡。该研究为航空航天振动敏感部件提供了兼具高承载与减震功能的一体化材料设计方案，突破了传统镁合金性能调控的局限性。

这项工作的创新性体现在：首次阐明离心铸造环形件中LPSO相梯度分布的演化规律；建立热机械处理-微观组织-性能的定量关系；提出通过保留特定LPSO相结构实现性能协同调控的新策略。研究成果由Yan Yang团队完成，获得国家重点研发计划等基金支持，为镁合金在航天器减重与振动控制方面的应用开辟了新途径。