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作为航空航天和武器装备的重要轻量化结构材料,高强耐热Mg-Gd-Y-(Zr)(GWK系)合金组织和性能调控一直是国内外镁合金领域的研究热点,该系合金铸造组织粗大(晶粒尺寸～100 μm级以上),屈服强度仅～150 MPa,时效后虽可提高强度,但延伸率明显下降(≤3%),无法满足国防科技领域的应用要求。在众多强化机制中,细晶强化可同时提高金属材料强度和塑性,镁合金霍尔佩奇常数(200-300 MPa*μm1/2)是铝合金的2-3倍,细晶强化效果非常明显。传统变形加工工艺(如轧制、挤压和锻造)需要在单方向积累较大的应变量和大量位错,储存高应变能来细化晶粒,而高稀土 GWK系合金中稀土溶质原子常阻碍位错活动并抑制这种位错主导的再结晶机制,在形成基面织构的同时,难以有效细化晶粒。本文通过高应变速率、小变形量、多向锻造MDIF(Multi-directional impact forging),合理利用～10μm级{10-12}孪晶可将～100μm级铸造粗晶组织迅速细化至微米级,快速制备高性能、细晶GWK系合金。与传统轧制、挤压和锻造高稀土镁合金相比,通过多道次MDIF锻造制备的几种微米级细晶GWK系合金具有高强度、高塑性、拉压屈服近似对称等优点。固溶态Mg-6.58Gd-5.7Y-0.55Zr(GW76K)合金单向压缩时的{10-12}孪晶行为。在较低温度(300℃)时,{10-12}孪晶主要受形核控制为主,大部分晶粒内多对孪晶变体同时激活;与此不同,在较高温度(400-450℃)变形时,主要受{10-12}孪晶的长大控制为主,多数晶粒内激活的孪晶属于单对孪晶变体,且具有最高的施密特因子。GW76K合金不同温度单向压缩时{10-12}孪晶及诱发的动态再结晶行为。在400℃较高应变速率0.1s-1压缩时,在较低应变下单个晶粒内多对{10-12}孪晶变体同时激活;随应变量增加,孪晶与孪晶、孪晶与位错间交互作用钉扎孪晶界、抑制孪晶扩展,最终孪晶界处累积位错、促进动态再结晶形核。在450℃单向压缩时,随变形量增加,单对孪晶变体的{10-12}孪晶形核后快速扩展、吞并母晶粒,导致{10-12}孪晶界难以成为动态再结晶的形核位置,而原始晶界处再结晶广泛形核。通过高应变速率、小变形量、多向锻造(MDIF)工艺,利用{10-12}孪晶在GWK系镁合金中高效细化组织、显著提高拉伸强度。首先,～10 μm级{10-12}孪晶将母晶粒分割成细小的独立区域,同时大量的孪晶界通过与位错交互作用被钉扎。第二,钉扎的孪晶界可以有效累积位错、促进小角度晶界形成,这些高密度小角晶界可进一步分割孪晶形成微米级独立区域。第三,经过动态回复后这些独立区域可以形成微米级再结晶晶粒。最终,经过变形温度520℃时110道次锻造制备了屈服强度约306 MPa、拉/压屈服各向同性的GW76K合金。通过准原位光学显微镜观察和准原位EBSD观察,研究{10-12}孪晶对GW76K合金锻造后的静态再结晶行为的影响:退火组织演变结果显示在未发生{10-12}孪晶的母晶粒晶界处仅有少量静态再结晶晶粒形核,由于数量有限和长大迟缓,对最终的组织细化影响微弱;与此不同,在{10-12}孪晶界处大量静态再结晶晶粒形核,在摆脱孪晶界限制继续长大过程中逐步消耗母晶粒,对最终组织的细化起到决定性作用。主要原因如下:通过与位错作用,{10-12}孪晶界与普通大角晶界类似,可以在变形过程中储存足够的应变能并促进静态再结晶形核,与此同时,整个晶粒细化过程中组织始终保持最初的随机取向。通过100-200道次多向锻造并配合中间退火,成功制备出了具有拉压屈服对称、细晶、高强GW76K、GW63K、GW52K三种镁合金:其中GW76K合金110道次锻造后屈服强度σy≥295 MPa,抗拉强度σb≥343MPa,均匀延伸率E1≥3.2%;GW63K合金经160道次锻造与时效后σy》290 MPa,抗拉强度σb≥370 MPa,E1≥13.5%;GW52K合金经200道次锻造与时效后σy≥332 MPa,σb≥360 MPa,E1≥8.1%。这些合金沿最终锻造方向拉伸压缩屈服强度比值约为1,综合力学性能显著优于轧制和挤压态商业WE43和WE54镁合金。