镁合金作为现代一种新型轻质金属结构材料,在汽车制造、通讯、航空及航天等工业领域有着广泛的应用前景。由于镁合金晶体结构的密排六方(HCP)结构,具有强烈的各向异性,织构对其力学行为具有非常大的影响。因此,本文以镁合金的工业应用为背景,研究了在热挤压、等通道挤压(ECAE)过程中,AZ31镁合金的组织、织构变化规律及快速冲击动态力学行为;研究了稀土元素对镁合金组织、织构演变的影响规律以及Mg-Y和Mg-Er二元合金的准静态与动态力学行为;详细分析了晶体取向、应变速率、临界剪切应力值及Schmid因子等因素对合金变形机制与力学行为的影响。在不同变形条件下,对具有基面织构的热挤压AZ31镁合金板材进行ECAE处理,结果表明,随着挤压变形量和挤压温度的增加,晶粒细化效果愈加明显,而挤压速度的变化对晶粒大小几乎没有影响;累积挤压变形量和挤压速度的增加导致晶粒的基面织构取向逐渐集中和增强,而挤压温度则相反;基于滑移系之间位错反应机制解释了粗大晶粒的细化过程。对热挤压态AZ31镁合金板材进行250℃/2.5h退火后,分别沿ND、ED和TD三个方向进行动态冲击压缩变形,合金表现出明显的动态力学性能的各向异性,在不同方向上冲击的动态力学行为不同。其中沿ND方向冲击时流变应力值最大,而沿TD方向能获得最大的动态应变量;随应变速率的增加,这种各向异性现象更加显著。分析表明,不同方向冲击过程中变形机制有很大差异,这是导致这种各向异性的原因。沿不同方向进行快速冲击时,AZ31镁合金表现出不同的应变速率敏感性,其中,当沿TD方向冲击时,AZ31镁合金表现出负的应变速率敏感性,并且在合金塑性变形初期出现明显的动态软化现象;而沿ND方向冲击时,AZ31镁合金表现出正的应变速率敏感性。应变速率敏感性与合金样品中晶粒的初始取向以及冲击变形过程中位错与拉伸孪生变形机制的主导作用的变化相关,即,晶粒取向越有利于拉伸孪生的开动,冲击变形后组织中的拉伸孪晶数量就越多,则合金动态软化现象就越明显,负的应变速率敏感性现象也越显著。沿ED和TD方向进行快速冲击时,对于大多数晶粒而言,虽然基面滑移不能开动,但具有较小CRSS值的拉伸孪生具有较大的Schmid因子,能更顺利启动,协调试样沿轴向的塑性变形,因此具有较低的屈服应力。拉伸孪生变形后,由于取向的转动,孪晶后的新晶粒可以按锥面滑移和压缩孪生的方式继续变形,具有较好的塑性变形能力,表现出局部甚至大部分的韧性断裂模式;而沿ND方向冲击时,基面滑移很难启动,而拉伸孪生的启动也困难,试样塑性变形主要依赖于具有较高CRSS的锥面滑移和压缩孪生,因此,具有较高的屈服应力,合金主要表现为脆性断裂模式。稀土元素Y和Er的添加对镁热挤压过程中的动态再结晶有显著的抑制作用,并且使得{0001}//ED织构增强。经再结晶退火后,可以获得均匀等轴组织,并且合金中的织构随着Y、Er含量的增加逐渐由{0001}//ED织构组分向稀土织构(RE-texture)转变。稀土Y、Er元素的加入对镁的力学行为与力学性能产生巨大影响。经再结晶退火后的具有相近尺寸等轴晶的Mg-Y、Mg-ER合金,随着稀土元素的增加,其屈服强度降低,塑性增加,其中,最大延伸率和断口收缩率可分别达到29.4%和42.3%,远高于纯镁。这主要因为Y、Er元素添加后显著的影响合金织构类型及强度,减小了合金的轴比值,促进基面滑移、拉伸与压缩孪生、柱面滑移和锥面滑移等多种变形机制的启动,最终提高合金的塑性。孪生机制对镁合金的力学行为与力学性能有重要影响。基于对镁合金单向拉伸和压缩变形过程中拉伸与压缩孪生Schmid因子分布的计算,通过分析晶粒取向对变形过程中各种孪晶及其变体生成的影响,表明,拉伸孪生可以在一个较大的取向范围内被激活,而压缩孪生所对应的取向范围则比较狭窄。动态冲击试验和准静态拉伸试验都较好地验证了这一分析结果,并且表明,在粗大晶粒中可以同时观察到压缩和拉伸两种孪晶形态,而细小晶粒中主要发生拉伸孪晶变形,两种孪晶周围基体晶粒的取向非常接近;Schmid因子是判断初次孪生及其变体的重要依据,但并不是唯一的判据,周围晶粒的应变协调对孪生及孪晶变体的选择也具有重要作用。