利用稀土合金化并辅以热加工变形被认为是提高镁合金强度、塑性等综合力学性能行之有效的方法。本课题提出一种含重稀土元素镱(Yb)的ZK60镁合金(Mg–Zn–Zr–Yb),重点研究其热挤压变形过程中微观组织和力学性能的演化。详细考察稀土添加量和挤压过程对合金再结晶行为,析出相形貌和分布,织构演化和力学性能的影响。解析热挤压变形模式下Yb诱导纳米级球状相密集析出、抑制不连续动态再结晶形核、弱化基面织构并促使晶粒c轴向挤压方向偏转的微观机制。本课题的研究有助于加深Yb对镁合金热变形过程微观组织和力学性能影响的认识,对含Yb高性能变形镁合金的开发提供理论支持。主要结论归纳如下:在相同挤压温度下,挤压态合金的再结晶晶粒随Yb含量增加显著细化,但再结晶程度有所下降。在ZK60合金中占主导的棒状相转变为含Yb合金中的球状Mg–Zn–Yb相密集析出,伴随晶界上富集的溶质团簇和偏析,共同提供足够的晶界拖拽阻力抑制以晶界弓出为主要形式的不连续再结晶形核。同时,Yb添加降低了合金层错能,阻碍位错的动态回复并促使剪切带和{10-12}拉伸孪晶的形成,导致挤压变形初期位错密度的极大提升,促进以亚晶粒的形成和旋转为主导的连续动态再结晶形核。因此,随Yb含量增加合金主要的形核机制由不连续动态再结晶向连续动态再结晶转变。Yb的添加破坏了轴对称热挤压过程中纤维织构的发展趋势。随Yb含量的增加,织构分散程度显著提升,合金再结晶晶粒的c轴逐渐向挤压方向(ED)偏转,首次在ZK60–2wt%Yb(ZYbK620)挤压合金中发现了稀土织构。分析发现,这种特殊的非基面织构的形成是多种效应综合影响的结果。首先,动态再结晶晶粒在拉伸孪晶的晶界处形核,并大部分保持了初始拉伸孪晶的稀土织构取向;其次,Yb添加改变了基体合金的表面能并促使动态再结晶晶粒沿具有较高表面能的非基面择优生长;最后,Yb降低非基面滑移阻力,大量激活锥面滑移并造成晶格沿<10-10>轴的反向旋转(相对基面),使c轴逐渐偏向挤压方向。基于以上Yb含量对微观组织和力学性能影响的分析,选择添加2wt%Yb的ZK60合金作为研究对象,考察其在更高的挤压比(20:1)和300℃热挤压过程中析出相、再结晶、织构和力学性能的演化规律。研究发现,随挤压过程进行变形热效应引起的温升使挤出棒的组织和性能发生了显著的变化。挤出棒头部温升不明显时,动态再结晶未充分进行,组织呈现双峰结构并伴随着大量的棒状和球状相析出,该部分材料具有最高的抗拉强度(UTS:~436 MPa)和相对较低的延伸率(EL:~14.1%)。而挤出棒后部温升明显,组织呈现完全再结晶的超细晶状态。由于棒状析出相在高温下逐渐溶解,其对晶格旋转的阻力减弱,使挤出棒后部材料的基极向挤压方向偏转约49°,材料塑性显著提升(EL:~19.1%);同时,由于热稳定的Mg–Zn–Yb球状析出相的沉淀强化作用,使后部材料的强度下降并不明显(UTS:~393 MPa),获得了较优的强度和塑性匹配。