镁合金具有密度小、生物相容性好、比强度和比刚度高等优良性能,在汽车、医疗卫生和“3C”产品等领域越来越受到重视。然而,镁合金因具有密排六方晶体结构,强各向异性,室温下能够开启的变形机制少,塑性变形能力差,高温性能不稳定,严重限制了镁合金的实际应用。因此,开展对镁合金塑性变形机理及微观结构演化的研究具有重要的战略意义。目前,镁合金塑性变形机理的研究集中于单轴应力状态,与实际成形过程中多轴或复合应力状态差别巨大。因此,为厘清镁合金在实际成形过程中的变形机理,本文将实验和模拟相结合,开展了挤压镁合金和镁单晶在复合应力状态下塑性变形机理的研究。主要研究内容和结果如下:(1)实验研究了挤压镁合金剪切-拉伸和剪切-压缩两种复合应力状态下的塑性变形机理。设计了不同剪切应力比的剪切-拉伸试样(STSs)和剪切-压缩试样(SCSs),测定了室温准静态加载下力学曲线,观察了金相组织和织构演化,分析了不同剪切应力比的变化对力学性能和组织演化的影响,并通过断口扫描分析了剪切应力比的变化对失效机理的影响。结果表明:在剪切-拉伸复合应力作用下,挤压镁合金塑性变形过程主要以基面和柱面滑移为主,以孪生变形为辅;相反,在剪切-压缩复合应力作用下,由基面滑移和孪生变形机制主导变形,以柱面滑移为辅。(2)基于分子动力学研究了在单轴应力、剪切-拉伸和剪切-压缩复合应力状态下镁单晶塑性变形过程。结果表明:在复合应力下,随着剪切应力比的增大塑性变形能力降低;在剪切-拉伸复合应力作用下,镁单晶沿]0110[方向受拉伸应力作用并沿]0121[方向受剪切应力作用时的塑性变形能力较高,原因是孪生能够开动;而在剪切-压缩复合应力作用下,镁单晶在]0121[方向受剪切应力作用同时沿]0110[方向受压缩应力作用的塑性较差,有利于剪切带的扩展,在模型边缘容易形成裂纹。(3)基于多尺度研究思想,对挤压镁合金和镁单晶在复合应力状态下塑性变形机理的微-纳观跨尺度关联进行了定性分析。