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细晶粒镁合金板材具有密度低、比强度和比刚度高、塑性好、减振能力强等优点以及在高性能薄壁结构件的塑性成形方面的工艺和性能优势,在航空航天、国防军工、交通运输、电子产品等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。国内外虽然在细晶粒镁合金制备技术方面开展了一些研究,但在制备高强高塑性的细晶粒镁合金板材方面一直未取得突破。因此,如何在提高合金强度的同时改善其塑性是当前镁合金材料研究领域的一大难题。本论文以ZK60合金为研究对象,采用高应变速率轧制工艺,系统研究了少量稀土元素Y和Gd添加对ZK60合金板材微观组织和力学性能的影响,探讨了所制备的Mg-Zn-Zr-RE板材实现高强高塑性的机制。研究结果表明:(1)稀土元素Y和Gd的添加能有效地细化ZK60合金铸态组织,改变合金中第二相的组成、形貌及数量。ZK60-xY合金主要由α-Mg、Mg7Zn3、I-Mg3Zn6Y(准晶相)和 W-Mg3Zn3Y2 组成。ZK60-yGd 合金主要由 α-Mg、Mg7Zn3、Mg-Zn-Gd准晶相组成。随着稀土加入量的增加,晶界稀土第二相的体积分数逐渐增加,并趋于呈网状分布。(2)稀土元素Y和Gd的添加能促进高应变速率轧制过程中合金的均匀塑性变形和动态再结晶,破碎的稀土准晶相能促进再结晶形核和抑制其长大,从而细化合金再结晶组织;同时,准晶相与α-Mg基体具有良好的结合界面,起弥散强化作用。高应变速率轧制过程中应变诱导析出了大量的纳米沉淀相,主要是椭球状纳米准晶相和纳米短棒状β1-MgZn相。(3)采用高应变速率轧制工艺成功地制备出了细晶粒的Mg-Zn-Zr-RE合金板材。在道次变形量80%,平均应变速率9.1s-1,轧制温度400℃条件下所制备的ZK60-1.0Y合金板材的平均晶粒尺寸约为1.4μm,抗拉强度为335MPa,屈服强度254MPa,断后伸长率为25.5%。ZK60-0.8Gd合金板材的平均晶粒尺寸也为1.4μm,抗拉强度为327MPa,屈服强度为242MPa,断后伸长率为22%。(4)微量稀土元素Y和Gd的添加能有效地改变板材的断裂方式和弱化合金板材的(0002)基面织构,ZK60-0.8Gd合金高应变速率轧制态板材的(0002)面织构的最大极密度为2.01,与ZK60板材的最大极密度相比,降低了 10.3%。