这些年来,为了节能环保,提高材料和能源的利用率,作为密度最低和资源较为丰富的金属材料,镁合金被视为潜在的绿色型金属结构材料,目前在多种领域已经有了广阔的应用基础。镁及镁合金通常为密排六方晶体结构,室温下滑移系少,且在变形过程中易产生强基面织构,各向异性显著,塑性差,束缚了镁合金的应用。相对于传统的单向锻造,快速多向锻造有助于材料获得细小均匀组织,避免形成强基面织构。本论文针对高强镁合金的高速多向锻造工艺加以研究,对其加工过程的组织演变、织构和力学性能等进行系统表征和分析,为开发具有优异性能的大型镁合金锻坯提供了理论基础及实验数据:GW93镁合金经450℃-30道次的一火高速多向锻造后,形成大量孪生和动态再结晶晶粒,组织迅速得到细化,力学性能显著提升,室温抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别达到302 MPa、226 MPa和9.5%;与初始固溶态相比,分别提升33%、72%和32%。中间退火后,发生显著静态再结晶,且再结晶晶粒迅速长大,力学性能有所下降。经100道次二火锻造后,合金发生了完全动态再结晶,形成了细小均匀的再结晶组织,平均晶粒尺寸细化至6.3μm。高速锻造过程中,织构随锻造火次的增加而明显减弱,最终形成了较弱的非基面织构。退火可以为下一步的GW93镁合金变形提供良好的组织基础,经450℃-30道次高速多向锻造的GW93镁合金坯料,在400℃退火30分钟即发生显著的静态再结晶,退火时间延长至1小时,即发生完全再结晶;与固溶态组织对比,晶粒尺寸得到明显细化。随退火温度的升高和时间的延长,静态再结晶晶粒逐渐长大。在时效处理过程中,无论一火还是二火锻坯,都表现出很高的时效硬化响应能力;在时效初期(0-4h),硬度增加比较缓慢,此阶段可以判断为孕育期;时效时间在4-18h阶段,GW93镁合金中第二相的体积分数随着时效时间的增加而迅速增加,硬度值也随之增大,18h时达到峰值时效,其硬度分别为HV129.16和HV123.28,相比初始锻造态力学性能分别提升63.12%和50.94%。其中,一火锻坯经225℃峰值时效后抗拉强度可达到420MPa。研究了AZ80镁合金高速多向锻造过程中的显微组织演变,组织演变主要对应两种机制:在400℃多向锻造时,第一阶段为累积应变道次小于30道次时,主要机制为孪晶诱发再结晶;第二阶段为累积应变大于30道次时,主要机制为变形机体中随机形核,晶粒明显细化。适当降低锻造温度,可以有效抑制再结晶晶粒的长大,AZ80镁合金在330℃多向锻造50道次的时候,其平均晶粒尺寸可细化至5.2μm,但是较低的锻造温度会导致AZ80镁合金在多向锻造变形过程中的析出相比例明显增多。此外,对于AZ80镁合金而言,锻造之前的固溶处理至关重要。若铸态时晶间的粗大β-Mg17Al12相不能全部溶入到镁合金基体,在随后的高速多向锻造过程中,其容易破裂形成微裂纹,严重影响AZ80镁合金锻件的力学性能稳定性。