镁合金是实际应用中最轻的结构材料,具有高比强、高比模等优点,被誉为“21世纪绿色工程材料”。大多数金属资源已经日益枯竭,因此镁由于其资源比较丰富而受到关注,特别是在国防等对结构轻量化要求较高的大型工程项目领域有广阔的应用前景。但镁合金的低温变形能力差限制了在工业上的开发和应用。对于镁合金最有效的强化方法是固溶强化、细晶强化和析出强化。通过稀土合金化和热处理能够实现提升镁合金在室温下力学性能的关键性目的,可以针对性的改善镁合金在工业等领域的限制问题。表面机械研磨处理技术（Surface Mechanical Attrition Treatment,SMAT）通过使材料微观组织形成梯度结构,能够更有效地抵御材料的失效,提高材料整体的物理性能、力学性能等,从而达到延长材料使用寿命的目的或可以满足一些领域的使用条件。本文试验材料为Mg-15Gd-1Zn-0.4Zr（GZ151K）合金,选择热处理方法以及机械工艺处理方法,对所研究参数进行相应的优化,目的是为了提高GZ151K合金的力学性能。文章主要利用金相显微镜、扫描电镜及X-射线衍射仪等分析手段研究合金的微观组织及成分。通过纳米压痕仪和传统拉伸试验机对GZ151K合金的力学性能进行测试和分析。分别研究固溶处理（T4）、固溶+时效处理（T6）以及固溶+表面机械研磨处理（SMAT）+时效处理对Mg-15Gd-1Zn-0.4Zr合金强度等力学性能的影响。主要研究结论如下:1.铸态GZ151K合金经过不同时间的SMAT处理表面层发生些许细化。经过SMAT处理6 min,合金表层平均晶粒度细化至25.65μm,SMAT时间增加至9 min和12 min时,晶粒度分别增长为30.32μm和30.88μm。说明一定时间的SMAT处理可以细化表层晶粒,随着时间的增加机械能转化为热能使晶粒尺寸长大。SMAT处理6 min后合金表层平均硬度由92.4 HV变为101.3 HV,其抗拉强度提升至249 MPa,提升了7.8%,而断裂延伸率减少到2.4%。SMAT处理后合金的拉伸断口表层为脆性断裂,而芯部仍为韧性断裂。SMAT处理后合金表层的细晶组织中晶粒取向随机,合金的各个相织构均得到了显著强化。2.固溶态GZ151K合金经过SMAT 6 min后在200℃下进行时效处理,时效至100 h时,合金硬度达到峰值,为183 HV,样品的屈服强度和抗拉强度分别是155 MPa和201 MPa,断裂延伸率是0.8%。相比未经过SMAT处理的样品,合金的硬度和断裂延伸率得到显著提升。经过SMAT处理后合金中引入的位错缺陷有助于第二相的析出,且第二相分布更为分散,对硬度和强度的提升较为明显。对合金断口进行了SEM形貌观测可知,样品表层至芯部的断裂形式逐渐由脆性到韧性过渡,合金的塑形主要取决于芯部粗晶。为了研究不同时效温度下SMAT对合金析出行为的影响规律,对合金进一步在150℃和250℃下进行时效,分别在120 h和40 h时,合金表层平均硬度达到了峰值,分别为205 HV和157HV。说明合金在接近于其熔化温度时,在时效过程当中合金出现过时效现象,因此表现出的硬度会更低。3.铸态GZ151K镁合金在应变速率为600 S^-1时,屈服强度和抗拉强度分别是246 MPa和296 MPa,延展率是3.8%。经过SMAT处理后屈服强度和延展率分别提升了2.4%和7.9%,其抗拉强度变化不明显。其强度的增加服从霍尔佩奇关系,说明SMAT处理细化合金表层晶粒可以提高合金性能。应变速率增加至1500 S^-1时,经过SMAT处理后屈服强度和抗拉强度分别提升了1.2%和13.7%,延展率降低了19.3%。在应变速率为600 S^-1下时,固溶态GZ151K镁合金经时效处理,屈服强度和抗拉强度分别是是398 MPa和459 MPa,延展率是8.4%;经过SMAT处理后,屈服强度和抗拉强度分别提高了3.8%和3.3%。由于中间经过SMAT处理后晶粒减小,在冲击变形过程中原始粗大晶粒会被孪晶所切分,晶粒内出现多种孪晶,能够激活更多的非基面滑移系,可以通过自身调节转动,以至于释放应力集中,达到协调塑性变形的目的。