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稀土合金化作为镁合金强化的重要途径之一,近年来广受相关学者的关注。而铸态稀土镁合金(Mg-RE)晶粒尺寸过大、组织不均匀且力学性能较差,无法满足其在工业结构件上的应用,因此亟需在合金成分设计和成形加工技术方面有所突破。本研究以此为背景,设计并开发了一种新型的轻重稀土混合型多元稀土镁合金(Mg-Gd-Nd-Zn-Zr)。探讨了 Gd和Sn的含量与合金组织演变及力学性能之间的关系,明确了 Mg-9Gd-3Nd-1Zn-1Sn-0.5Zr(GNZ931K-1Sn)合金的变形工艺。此外,本文系统的研究了 GNZ931K-1Sn合金在不同热处理及塑性变形下合金组织与力学性能之间的关系,获得的研究结果如下:证实了 Gd可以细化Mg-3Nd-1Zn-0.5Zr合金微观组织及增强其力学性能的结论,揭示了 Gd 对 Mg-xGd-3Nd-1Zn-0.5Zr(x=0,1,5,9 wt.%)合金的强化机制主要是由于Gd加入后促使合金内部的Mg12Nd相被Mg5(Gd,Nd,Zn)相所取代所引起的。Mg5(Gd,Nd,Zn)相合金内起到阻碍晶粒长大的作用,促使合金强度提高。此外,Sn加入到Mg-9Gd-3Nd-1Zn-0.5Zr合金中能够形成一种高熔点的Mg2(Sn,Nd)3Gd2相,此相可以一定程度地细化合金组织。对比加与不加1wt.%Sn 的 Mg-9Gd-3Nd-1Zn-0.5Zr 合金拉伸强度可知,Sn 对铸态 Mg-9Gd-3Nd-1Zn-0.5Zr合金的细晶强化与固溶强化效果提升不明显,但可以明显提升合金的时效强化效果。构建了 GNZ931K-1Sn合金的本构方程并绘制了此合金的热加工图,对热加工图分析得到了合金不易失稳的安全加工区在350℃/1s-1、395℃/0.001s-1和450℃/0.01s-1附近的结论。并在此基础上设计了挤压验证实验,证实了合金热加工图预测结果与实验结果相符的结论。此外,在DEFORM软件中执行了GNZ931K-1Sn合金挤压与轧制的数值模型计算。研究表明,合金在挤压与轧制的过程中其内部温度场、应力和应变等均存在着不均匀性,合金内部的应变值随着变形量的增大而逐渐增大。通过对成形过程分析,探究了 GNZ931K-1Sn合金在成形时各种场的变化规律,对合金挤压与轧制的参数进行了优化。分析得到GNZ931K-1Sn合金在带狭区的模具中挤压时其动态再结晶(DRX)主要集中在狭区,挤压有助于细化晶粒与促进共晶组织均匀的分布。对挤压态合金峰时效处理发现,合金在欠时效产生的β"相逐渐转变为椭球状的β’相。此外,合金内部LPSO相的数量明显增大,β相与LPSO相的相互作用促使合金达到最大强度。时效处理将挤压态合金的极限拉伸强度(UTS)和屈服强度(YS)分别由370MPa和292MPa提升至462MPa和392MPa,但延伸率(EL)由11.44%下降至4.19%。而过时效态合金内部球状β’相转变为较粗的β1相,同时LPSO相的数目也明显提高。β’相的形成和LPSO相的增加消耗了β’相里的稀土,造成了β’相数量降低,这使得合金强化效果较峰时效态降低。此外,时效处理后的GNZ931K-1Sn挤压棒在250℃以下均具有较高拉伸强度,而此合金250℃以上显著软化,可能是在接近此温度激活了镁合金新的滑移系或者是再结晶晶粒粗化造成的。GNZ931K-lSn合金经过不同压下量的轧制后,合金内部均产生了明显的孪晶。压下量为80%轧制态合金的UTS、YS和EL分别为349MPa、303MPa和6.68%。峰时效态处理轧制态合金中β’相数目较多,其UTS和YS分别增加到431MPa和372MPa,但其塑性降低到3.11%。而过时效态合金的晶内出现了少量垂直于β’相的LPSO相,此时峰时效态合金中产生的β’相变为板状,其尺寸变大但数量减少,使得合金性能降低。峰时效处理后的轧制板材在250℃以下具有优越的高温拉伸性能,但是此合金在300℃时其强度大幅度下降,但其延伸率明显增加。