镁及镁合金作为目前最轻的一种绿色金属工程材料,其优异性能在航空航天、汽车工业和电子电工等领域中得到普遍认可。但镁及镁合金属于难变形材料,限制其应用。细化晶粒是能有效改善镁及镁合金材料强度和塑韧性优先考虑的手段之一,而等通道转角挤压(ECAP)是一种能制备出大块状亚微米级甚至纳米级超细晶组织最有应用潜质的大塑性变形工艺。因镁及镁合金室温成型性差,故ECAP变形镁及镁合金常在较高温度下进行,而高温下变形易使晶粒长大明显削弱细化效果。本课题组提出一种包套的方式,已进行了纯镁室温多道次包套ECAP变形。在此基础上,本文为了更有效细化晶粒,优化该方式探索出更低温度下ECAP变形,实现了冰水条件下多道次包套ECAP变形。探讨了三种初始组织态(铸态退火态、挤压未退火态和挤压退火态)纯镁冰水条件下ECAP变形后的微观组织结构和力学性能的变化;进一步增加挤压道次,更加系统地研究冰水条件下挤压未退火态纯镁ECAP变形后晶粒细化效果、组织结构演变和力学行为;同时,对4道次ECAP变形挤压未退火态纯镁在不同温度和应变速率下进行中高温拉伸实验。阐述了不同变形条件下纯镁变形机制、微观组织结构演变规律及其与力学性能之间的联系。研究结果表明:三种初始组织态纯镁冰水条件下ECAP变形后晶粒均显著细化。1道次变形后,主要通过机械剪切碎化和部分晶粒发生动态再结晶使晶粒细化。铸态退火态纯镁变形后呈现明显粗细晶粒共存的组织。挤压未退火态纯镁和挤压退火态纯镁变形后微观组织形貌相似,晶粒细化但不均匀,短小狭长,存在细长等轴细晶粒带。4道次变形后,铸态退火态纯镁的晶粒细化程度最大,组织最为均匀,平均晶粒尺寸为2.283μm,细化后的晶粒内部也很难发生孪生。随道次增加,织构强度减弱,基面织构成分增多。三种初始组织态纯镁ECAP变形后,显微硬度总的变化趋势相类似,相比初始组织,随道次增加,显微硬度分布范围先增大后减小,平均显微硬度值先增大后减小。4道次变形后,挤压未退火态纯镁的综合力学性能最佳,屈服强度、抗压强度、最大应变量分别达到1OIMPa,131MPa,0.194。挤压未退火态纯镁随道次增加,晶粒尺寸更加细小,组织更加均匀;8道次变形后,平均晶粒尺寸细化至约1μm。{1012}8°e<1210>拉伸孪晶界比例随道次变化最显著,且逐渐降低。2道次变形之后,在{0001}极图上出现P和Y新的纤维织构组分,分别对应<a>{1010}<1120>柱面滑移和<a>{1101}<1120>锥面滑移。挤压未退火态纯镁经ECAP变形后的屈服强度随晶粒尺寸变小,先增加后减少;断后伸长率也是先增加后减小,出现反Ha11-Petch现象。不同道次变形后纯镁拉伸变形过程,当平均晶粒尺寸大于临界尺寸,变形初期由孪生主导变形;当平均晶粒尺寸小于临界尺寸,位错滑移主导变形。挤压未退火态纯镁4道次ECAP变形后,在应变速率为3.33 × 10-4s-1,温度为200℃拉伸时,断裂伸长率最大达到98.3%。此外,随拉伸温度升高和应变速率增大,基面织构没有消失反而强度增强,并且倾斜基面织构取向也逐渐平行于拉伸方向。对纯镁的中高温拉伸变形的本构关系研究中得到细晶纯镁高温变形主导机制是位错运动。