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航空航天、军工等高技术领域,装备构件轻量化和高性能一直是发展的重要方向之一,采用轻质高强材料和大型整体化的结构是其必然选择,稀土镁合金因其具有较高的强度、优良的耐热性和抗蠕变性能成为了研发热点。目前,高性能镁合金大型圆锥筒形件是航空航天领域重要装备构件之一,由于此类构件尺寸结构和力学性能的特殊要求,需要首先对铸锭进行大变形,改善坯料的组织均匀性和提升其力学性能,以便进行后续构件成形。往复镦粗-挤压变形技术属于大塑性变形,可以显著细化合金晶粒,改善合金的力学性能,是一种理想的镁合金铸棒预成形制坯方法。但至今为止,针对高稀土含量的Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金往复镦-挤变形的相关研究很少,将往复镦-挤技术应用于大尺寸棒料变形制坯也尚未见报道,亟需开展相关问题的研究。本文以Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr（wt.%）合金作为研究对象。对铸态合金组织进行表征,研究不同均匀化热处理工艺参数（温度和时间）对合金微观组织及力学性能的影响;通过热压缩模拟试验研究均匀化合金的热变形行为及组织演变规律,构建本构方程,建立热变形加工图,并确定了合理的热加工工艺参数;开展等温往复镦-挤变形实验,研究不同变形工艺参数（变形道次、温度和速度）对变形过程中的载荷、合金微观组织及力学性能的影响。基于等温变形实验研究结果,分别针对两种尺寸的合金棒料进行降温往复镦-挤变形实验,并对变形过程中合金组织演化规律和力学性能进行了研究。结果表明:铸态Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金主要由α-Mg基体、Mg5（Gd,Y,Zn）和长周期堆垛有序结构（LPSO）相组成的共晶化合物,少量的晶内片层状LPSO相以及富含稀土方块相组成。515°C下均匀化处理16小时,共晶化合物完全转化成不连续分布的块状LPSO相,富稀土方块相基本溶解,合金室温拉伸力学性能相比原始铸态有了明显提升,室温下拉伸抗拉强度为212.3MPa、屈服强度为172.1MPa、延伸率为3.1%,并且在200°C下抗拉强度达到237.2MPa。均匀化态Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金热变形激活能Q=263.165 kJ/mol。构建本构方程为:（?）。建立了应变为0.5的合金热加工图,确定合理的热加工工艺参数范围:380440°C/0.0010.006s-1和460500°C/0.0010.05s-1,功率耗散系数峰值均达到44%,较高温度下动态再结晶体积分数达到17.3%。采用Φ10×25mm试样进行等温往复镦-挤试验,温度在420480°C范围内,同一变形速度下,温度越高载荷越大,随着累积应变的增大,载荷逐渐减小,变形温度对载荷的影响逐渐减弱。变形速度在0.03mm/s0.17mm/s范围内,不同累积应变条件下,挤压载荷随变形速度减小而下降的变化趋势保持不变。同一条件下,随累积应变逐渐增大,动态再结晶过程不断进行,同时,片层LPSO相和析出颗粒相有效阻碍细晶长大,使得细小再结晶区域逐渐扩大最终取代原始粗大晶粒,组织得到细化。不同变形温度和变形速度条件下往复镦-挤变形过程中,组织细化过程有明显不同,进而影响合金整体晶粒的细化效率和再结晶晶粒细化程度。采用降温往复镦-挤工艺对Φ50×200mm棒料进行变形,温度由480°C逐道次降低至370°C。该工艺在保证较高的整体晶粒细化效率的同时,显著细化晶粒组织,降温析出大量颗粒相的钉扎作用和低温抑制再结晶长大是得到均匀细晶的主要原因。在变形初始阶段,产生较强的基织构,棒料不同位置具有不均匀的变形组织,随着变形道次的增加,织构逐渐弱化,组织不均匀性得到明显改善。在6道次变形后,累积应变量为8.1,变形温度降至370°C,平均晶粒尺寸减小为3.4μm左右,并出现超细晶区（<1μm）。晶界处不连续分布块状LPSO相破碎成小的条块状并沿挤压方向均匀分布,局部破碎成带状分布的24μm细小棒状;粗晶内片层状LPSO相基本溶解,并在少量再结晶晶粒内重新析出;析出大量弥散分布尺寸小于2μm的Mg5（Gd,Y,Zn）相颗粒。采用三道次降温往复镦-挤工艺对Φ330×1000mm棒料进行大变形,并成功制备了后续成形用坯料。其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到385MPa、342.1MPa和7.1%。同时,合金组织和力学性能的均匀性得到明显改善,中心与边缘部分的抗拉强度、屈服强度和延伸率之间的差值分别由1道次的37.5MPa、27.1MP和0.4%降低至仅为12.4MPa、8.1MPa和0.3%。