镁合金作为最轻的金属结构材料,由于具有高的比强度和比刚度、良好的阻尼性能,近年来在电子、汽车和航空航天工业中得到广泛的应用。然而,大多数镁合金具有密排六方(HCP)晶体结构,室温下表现出较差的延伸率和成形性,使得镁合金的广泛应用受到一定程度的限制。通过晶粒细化和织构控制可以有效地改善镁合金的力学性能。晶粒细化可提高镁合金的强度和延伸率,织构弱化可以改善镁合金在室温下的延伸率和成形性。通过挤压工艺能得到所需厚度的镁合金板材,但是传统挤压镁合金板材具有强的基面织构,在室温下表现出差的塑性和成形性。本文以传统挤压基面织构类型AZ31和稀土织构类型VK20镁合金板材为研究对象,提出三种新型非对称挤压工艺(厚向梯度、横向梯度以及三维弧形挤压工艺)制备镁合金板材。通过金相显微镜(OM)、X射线衍射技术(XRD)、扫描电镜技术(SEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)等分析表征手段,系统地研究了镁合金在挤压过程中以及挤压镁合金板材的微观组织。结合有限元模拟软件分析了各挤压工艺在热挤压过程中的流变行为。通过室温拉伸与Erichsen杯突实验测试镁合金板材塑性变形能力。论文的主要研究内容和结论如下:(1)分析了厚向梯度挤压工艺对AZ31镁合金板材厚度方向的微观组织影响,以及对该挤压工艺进行优化,从而改善AZ31镁合金板材微观组织和弱化织构。在厚向梯度挤压工艺中有利于梯度应变的产生,从而导致非对称剪切应变的形成,基面取向晶粒沿挤压方向发生一定角度的偏转,实现挤压板材基面织构弱化和晶粒细化。与传统挤压AZ31镁合金板材相比,厚向梯度挤压板材沿各个拉伸方向具有较高的室温基面滑移施密特因子,板材塑性变形能力增加,屈服强度降低,延伸率增加。(2)分析了在横向梯度挤压工艺中AZ31镁合金微观组织演变,对比分析了传统挤压和横向梯度挤压AZ31镁合金板材在拉伸和杯突成形过程中微观组织变化。在横向梯度挤压工艺中沿板材横向方向(TD)产生流速差,有利于挤压板材基极偏离法向方向(ND);且在挤压过程中沿TD方向引入额外的流速,导致挤压板材基极沿ED向TD方向偏转。随着模具倾斜角的增加,流速差增加,挤压板材基极偏离ND方向角度增加;沿TD方向引入额外的流速增加,板材基极沿ED向TD方向偏转幅度增加。当模具倾斜角为52°时,AZ31镁合金板材中心区域基极偏向ED方向±70°,而在板材1/4边缘区域,基极沿ED向TD方向偏转55°-63°;板材在变形过程中大量基面滑移和孪生被激活,拉伸延伸率最高可达41.0%,屈服强度低至86.5MPa,室温杯突值为6.71mm,远高于传统挤压板材杯突值的2.59mm,提高了约159%。(3)研究了传统挤压和横向梯度挤压工艺对VK20合金板材微观组织、力学性能和成形性能的影响。传统挤压VK20合金板材呈稀土织构类型。在横向梯度挤压工艺中,当模具倾斜角较大时,板材中心区域基极偏向ED方向幅度增加,1/4边缘区域基极沿ED向TD方向偏转;较传统挤压VK20镁合金板材,横向梯度挤压板材TD方向延伸率增加,屈服强度降低,板材各向异性得到改善。当模具倾斜角为45°时,板材中心区域基极偏向ED方向±62°,1/4边缘区域基极沿ED偏向TD偏转,拉伸延伸率最高可达到45.6%,屈服强度低至98.9Mpa,室温杯突值为5.49mm,高于传统挤压VK20镁合金板材杯突值的3.72mm,提高了约47%。杯突性能的提高主要是由于挤压板材织构特征改变,更有利于基面滑移和孪生的开启,以及板材各向异性得到改善。(4)分析了传统挤压工艺和三维弧形挤压工艺(三维对称弧形和非对称弧形挤压工艺)在挤压过程中AZ31镁合金微观组织差异和织构演变,以及具体研究和对比了各挤压板材的微观组织、力学性能和成形性能。三维弧形挤压工艺在挤压过程中能引入沿挤压板材TD方向流速,挤压过程中再结晶程度增加,获得均匀和细小晶粒的挤压AZ31镁合金板材,且沿板材TD方向产生新的织构成分,基面织构组分得到弱化。在三维非对称弧形工艺中引入了额外的非对称剪切应力,挤压AZ31镁合金板材织构强度得到进一步的弱化。相比传统挤压AZ31镁合金板材,三维非对称弧形挤压板材屈服强度呈现下降趋势,延伸率增加,TD方向屈服强度下降达64.1MPa,板材各向异性得到改善,成形性能提高约38%。