镁合金是密度最低的结构金属,其具有高的比强度、比刚度等优点,这使镁合金在航空航天、汽车、医疗、通讯等诸多领域具有广阔的应用潜力。然而,密排六方晶体结构致使镁及镁合金较差的室温力学性能。塑性加工通过调节织构和控制微观组织,可以改善材料的力学性能。研究变形织构和晶粒尺寸分布对镁合金塑性变形行为的影响,对设计合理的镁合金塑性加工工艺、制备高性能镁合金具有重要的理论价值和工程值意义。本文主要分为两个部分:一方面,利用组织较均匀的挤压态和等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)态的两种预处理状态Mg-4Zn合金,研究了变形织构对镁合金高温塑性变形行为及其变形机制的影响,并且分析了变形织构对合金塑性可加工性的影响;另一方面,利用热处理和高温ECAP复合加工的方式,制备出多种晶粒尺寸分布特征的AZ80变形镁合金,探究晶粒尺寸分布对镁合金室温塑性变形行为的影响。通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等分析了镁合金的微观组织(包括第二相粒子)的特征,同时,通过Gleeble热压缩和室温拉伸实验分别测试镁合金的高温和室温塑性变形能力。主要研究内容和实验结果如下:(1)研究了温度范围200℃～350℃和应变速率范围0.001s-1s-1的挤压态和ECAP态Mg-4Zn镁合金的流动应力曲线,基于双曲正弦唯象本构模型计算获得了挤压态和ECAP态合金变形应力指数和激活能,应用VPSC模拟计算合金的变形织构和变形过程中各变形机制的相对活动量。实验结果表明,挤压态和ECAP态合金的组织较均匀,其平均晶粒尺寸为分别为46μm和14μm,但是,相同条件下,挤压态合金流动应力相比ECAP态合金具有更高的流动应力,且在低温时具有更高的加工硬化指数。相同条件下,两类合金的应力指数和变形激活能接近,低温时,从数值上反映出其变形机制主要为基面滑移。VPSC模拟发现ECAP态合金具备倾斜织构,在轴向压缩时,更加利于基面滑移的启动,而挤压态合金具备基面织构,其更加有利于拉伸孪生的激活,拉伸孪晶使晶粒旋转～90°,晶粒转变为硬取向,更加不利于基面滑移。因此,挤压态合金表现为更高的变形抗力。(2)采用基于动态材料模型的Murty塑性加工失稳准则分别建立了挤压态和ECAP态Mg-4Zn合金的加工图,结合相应的显微组织,分析应变量、温度、应变速率以及织构等对合金可加工性以及微观组织演化(晶粒尺寸分布特征)的影响。结果表明,虽然ECAP态Mg-4Zn合金的平均晶粒尺寸较小,但受变形织构的影响,ECAP合金加工图却形成相对较大的失稳区。挤压态合金和ECAP态合金在相同的变形条件下的微观组织相似。中低温(200℃和250℃)时,组织中观察到大量的孪晶,且随着温度的上升和应变速率的减小,动态再结晶增强,细小的再结晶晶粒优先在孪晶界处形核,不断蚕食原始母粒,但是由于温度过低,再结晶不能完全,致使组织为细小再结晶晶粒、孪晶和原始粗大晶粒构成的混晶组织。高温(300℃和350℃)时,再结晶完全,当温度较高和应变速率较小时,再结晶晶粒发生长大现象,一般为均匀组织,而在高温低应变速率下,易发生晶界滑动,产生弓出。(3)利用热处理和高温ECAP加工制备AZ80变形镁合金,研究了晶粒尺寸分布对镁合金室温塑性变形行为的影响。结果表明,变形组织特征与动态再结晶的形核位置和动态再结晶的比例密切相关;双峰组织可以显著强化合金的室温力学性能。实验结果表明:双峰组织镁合金(平均晶粒尺寸～80μm)的室温强度(226.1MPa,454.3MPa)和塑性(17.5%)均高于细晶镁合金(平均晶粒尺寸～4μm)的室温强度(215.4MPa,438.0MPa)和塑性(14.0%)。分析认为位错在大晶粒和小晶粒界面处运动时,其阻力更大,致使了双峰组织的强化效应。此外,双峰组织大晶粒周围的细小晶粒可以协调塑性变形,并且第二相粒子很大程度上增强了合金的塑性。(4)研究了变形条件对双峰组织镁合金的强度和塑性的影响。在A路径下,双峰组织具有显著的力学性能强化作用。这是因为,A路径变形易形成基面织构,在室温拉伸时,基面织构不利于基面滑移的启动,合金表现为高的强度。另外,变形温度和变形道次可以调节合金微观组织,适度增加双峰组织中小晶粒含量和较少大晶粒的晶粒尺寸可以提高双峰组织镁合金的强度,过度晶粒细化则会破坏双峰组织的强化作用。