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镁及镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强/比刚度、阻尼性能好、电磁屏蔽性能优良、易回收等优点，已在国防军工、航天航空、汽车零部件、3C通讯等领域得到了一定应用。但是由于镁合金的室温性能差，且变形易开裂，在一定程度上限制了其推广，因此开展镁合金强韧化研究对于推动镁合金及镁产业的发展有着重要意义。大塑性变形通过累积高应变可以有效的细化晶粒，提升组织均匀性，调整织构、优化第二相分布，提高合金综合力学性能。
本文以商用镁合金Mg-Al-Zn和稀土镁合金Mg-Gd-Y-Zn-Zr为研究对象，以提升镁合金强韧性为目的，提出了一种新型大塑性变形方法—差速循环扩挤，在一般循环扩挤变形基础上加入了非对称型腔，改变了金属流动规律，在原有拉、压应变基础上引入了剪切应变，通过多次变形获得了组织均匀细化、性能优良的50mm×100mm×220mm(长×宽×高)镁合金厚板材料。重点分析了不同工艺参数、不同合金成分等因素对于微观组织结构、织构和力学性能的影响，深入分析了组织转变规律和强化机制，掌握了不同镁合金中晶界强化、固溶强化、析出强化、织构调整等对于性能的主要贡献。具体研究内容和结果如下：
(1)利用Gleeble热模拟试验机，进行了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的热压缩变形行为的研究。结果表明：变形温度和应变速率对合金流变应力具有重要影响。在应变速率一定时，合金变形的峰值应力随着温度的降低而升高。在变形温度一定时，峰值应力随着应变速率的增加而增加。挤压态合金热变形激活能Q=208.2kJ/mol，构建所得的合金热压缩本构方程为(ε)2.2303×1013[sinh(0.01604524σ)]4.79323924exp(-208.2/8.314T)。不同应变量对于流变失稳区影响较小，确定了两个加工安全区域：变形温度范围为420～445℃，应变速率为0.01～0.05s-1，变形温度475～490℃，应变速率为0.05～0.1s-1。
(2)将Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金热压缩应力应变曲线导入Deform-3D有限元模拟软件构建合金模型，对不同模具参数、不同变形路径进行了模拟。结果表明：非对称型腔的引入使得金属两侧流速出现明显差别，随着型腔高度差的增大，金属流速差增大，差速流动的形成对合金实现了一定的剪切变形效果。合金变形时应力与应变的分布具有不对称性，合金变形各部位应变大小关系为：非对称型腔变形区应变＞对称型腔变形区应变＞心部变形区应变。经过Route B变形后的合金要比Route A路径下变形的合金具有更高的应变和更加均匀的应力应变分布。
(3)采用等温和降温对比工艺进行了AZ31B镁合金试样的差速循环扩挤变形实验。结果表明：组织结构方面，随着变形道次的增加，晶粒细化明显，经过三道次变形晶粒细化到5.8±0.2μm，组织均匀性明显提高，合金基面织构弱化并发生明显偏转，Schmid因子逐渐提高。低温变形相比于高温变形得到的晶粒更加细小，高温变形相比于低温变形提高了合金变形激活能，更易发生动态再结晶与晶界迁移，织构最大极密度随温度升高而降低。降温变形可以有效的抑制变形过程中晶粒的长大。性能方面，合金力学性能随着变形道次的增加而显著提高，拉伸屈服强度、极限抗拉强度和延伸率分别提高了77%，41%和91%。随着变形温度的升高合金强度开始降低，延伸率则随温度升高而升高。降温变形相比于等温变形屈服强度升高，延伸率略有下降。晶界强化与织构控制存在着动态竞争平衡关系。降温变形是一种有效获得高性能合金的加工方法。
(4)采用降温工艺进行了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr的差速循环扩挤变形，温度由480℃逐次降低，每道次下降20℃，直到变形完成。结果表明：降温多道次变形可以有效的细化晶粒结构，经过四道次变形后，晶粒组织细化到1.4±0.3μm，晶粒细化主要由动态再结晶(DRX)以及破碎的LPSO相所诱发的粒子激发形核(PSN)主导，基面织构随着变形道次增加逐渐弱化，同时基面向着挤压横向(TD)和法向(ND)发生不同角度的偏转，这导致了基面〈a〉滑移Schmid因子增加。室温拉伸结果表明：三道次变形后合金得到最佳力学性能，拉伸屈服强度，极限抗拉强度和延伸率分别提升了49%，40%和500%。不同变形路径对晶粒细化有着不同的影响，Route B路径相比于Route A路径变形可以得到更加细小均匀的组织结构，同时织构弱化效果更加明显，由于剪切应变的存在，初始的基面纤维织构转化形成一种具有不同倾斜和扩展的新的基面织构。差速循环扩挤Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金性能的主要贡献来自于细晶强化和固溶强化。
本文以商用镁合金Mg-Al-Zn和稀土镁合金Mg-Gd-Y-Zn-Zr为研究对象，以提升镁合金强韧性为目的，提出了一种新型大塑性变形方法—差速循环扩挤，在一般循环扩挤变形基础上加入了非对称型腔，改变了金属流动规律，在原有拉、压应变基础上引入了剪切应变，通过多次变形获得了组织均匀细化、性能优良的50mm×100mm×220mm(长×宽×高)镁合金厚板材料。重点分析了不同工艺参数、不同合金成分等因素对于微观组织结构、织构和力学性能的影响，深入分析了组织转变规律和强化机制，掌握了不同镁合金中晶界强化、固溶强化、析出强化、织构调整等对于性能的主要贡献。具体研究内容和结果如下：
(1)利用Gleeble热模拟试验机，进行了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的热压缩变形行为的研究。结果表明：变形温度和应变速率对合金流变应力具有重要影响。在应变速率一定时，合金变形的峰值应力随着温度的降低而升高。在变形温度一定时，峰值应力随着应变速率的增加而增加。挤压态合金热变形激活能Q=208.2kJ/mol，构建所得的合金热压缩本构方程为(ε)2.2303×1013[sinh(0.01604524σ)]4.79323924exp(-208.2/8.314T)。不同应变量对于流变失稳区影响较小，确定了两个加工安全区域：变形温度范围为420～445℃，应变速率为0.01～0.05s-1，变形温度475～490℃，应变速率为0.05～0.1s-1。
(2)将Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金热压缩应力应变曲线导入Deform-3D有限元模拟软件构建合金模型，对不同模具参数、不同变形路径进行了模拟。结果表明：非对称型腔的引入使得金属两侧流速出现明显差别，随着型腔高度差的增大，金属流速差增大，差速流动的形成对合金实现了一定的剪切变形效果。合金变形时应力与应变的分布具有不对称性，合金变形各部位应变大小关系为：非对称型腔变形区应变＞对称型腔变形区应变＞心部变形区应变。经过Route B变形后的合金要比Route A路径下变形的合金具有更高的应变和更加均匀的应力应变分布。
(3)采用等温和降温对比工艺进行了AZ31B镁合金试样的差速循环扩挤变形实验。结果表明：组织结构方面，随着变形道次的增加，晶粒细化明显，经过三道次变形晶粒细化到5.8±0.2μm，组织均匀性明显提高，合金基面织构弱化并发生明显偏转，Schmid因子逐渐提高。低温变形相比于高温变形得到的晶粒更加细小，高温变形相比于低温变形提高了合金变形激活能，更易发生动态再结晶与晶界迁移，织构最大极密度随温度升高而降低。降温变形可以有效的抑制变形过程中晶粒的长大。性能方面，合金力学性能随着变形道次的增加而显著提高，拉伸屈服强度、极限抗拉强度和延伸率分别提高了77%，41%和91%。随着变形温度的升高合金强度开始降低，延伸率则随温度升高而升高。降温变形相比于等温变形屈服强度升高，延伸率略有下降。晶界强化与织构控制存在着动态竞争平衡关系。降温变形是一种有效获得高性能合金的加工方法。
(4)采用降温工艺进行了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr的差速循环扩挤变形，温度由480℃逐次降低，每道次下降20℃，直到变形完成。结果表明：降温多道次变形可以有效的细化晶粒结构，经过四道次变形后，晶粒组织细化到1.4±0.3μm，晶粒细化主要由动态再结晶(DRX)以及破碎的LPSO相所诱发的粒子激发形核(PSN)主导，基面织构随着变形道次增加逐渐弱化，同时基面向着挤压横向(TD)和法向(ND)发生不同角度的偏转，这导致了基面〈a〉滑移Schmid因子增加。室温拉伸结果表明：三道次变形后合金得到最佳力学性能，拉伸屈服强度，极限抗拉强度和延伸率分别提升了49%，40%和500%。不同变形路径对晶粒细化有着不同的影响，Route B路径相比于Route A路径变形可以得到更加细小均匀的组织结构，同时织构弱化效果更加明显，由于剪切应变的存在，初始的基面纤维织构转化形成一种具有不同倾斜和扩展的新的基面织构。差速循环扩挤Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金性能的主要贡献来自于细晶强化和固溶强化。