在科学与技术取得巨大进步的今天，铜、铝、铁、锌等金属矿产资源正在贫瘠化，环境污染日益严重，人们的节能减排和环境保护意识逐渐增强，工程材料的轻量化备受关注。镁合金被公认为新世纪的绿色工程材料，相较于铝合金、铜合金等其他金属合金，它具有比强度和比刚度高、减振性能好、切削加工性能好、磁屏蔽性优良等独特的优点。但是镁合金塑性差、绝对强度低、摩擦磨损性能差且容易被腐蚀，这些缺点极大地限制了其应用。表面机械研磨处理(SMAT)是新世纪后发展起来的一种表面改性技术，它通过使材料表面纳米化并形成一定厚度的梯度纳米结构，从而提高金属材料综合力学性能。然而，SMAT处理后，尽管合金的强度得到明显的提高，但延伸率却大幅下降，合金的综合力学性能并未显著提高。深冷处理是常规冷处理的延伸，它可以改善镁合金的组织均匀性，促进合金中第二相颗粒的析出，从而提高材料的强度、塑性和耐磨损等性能。　　本文基于提高 AZ31镁合金综合力学性能的研究目的，采用深冷处理对AZ31镁合金进行预处理，然后再进行不同时间的SMAT处理。通过金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜及透射电镜表征了深冷及深冷 SMAT处理前后合金微观结构的变化，还测定了处理前后合金硬度、强度及延伸率等力学性能，讨论了深冷及深冷 SMAT对 AZ31镁合金微观结构和力学性能的影响，探讨了材料组织演变和性能改善的机理，得到如下结论：　　1．AZ31镁合金经过深冷处理后，显微组织方面晶粒更加细化且伴有更多更均匀的β-Mg颗粒的析出，合金的强度硬度略有增大，延伸率和断裂韧性获得大幅提高。深冷7d后，试样的平均晶粒尺寸由6.8μm细化至6.1μm，β-Mg颗粒的体积分数由1.1％增加至4.2%，且颗粒平均直径减小了40%。合金内晶粒的小幅细化使材料的强度硬度有所增加，更多且更均匀的第二相析出导致AZ31镁合金在塑性变形过程中更易发生孪生变形，深冷7d后合金的塑性大幅提升42.8%，断裂韧性显著提高49.2%，断裂机制呈现由准解理断裂向韧窝断裂转变的趋势。　　2．AZ31镁合金经过深冷SMAT处理后，表面层的晶粒细化至纳米级，形成了由表及里晶粒尺寸逐渐增大的梯度纳米结构；合金的强度、硬度显著提高，但塑性和断裂韧性却明显下降，深冷7d+SMAT3min处理后试样的综合力学性能最好。随着SMAT时间的增加，深冷7d后的试样表面晶粒逐渐细化，梯度纳米结构层厚度和硬度逐渐增大，SMAT6min后表面层晶粒细化至约38nm，梯度纳米层厚度可达147μm，硬度增大约51%。SMAT处理过程中的剧烈塑性变形会显著增大材料的位错密度，使位错运动受到阻碍，加工硬化率提高，从而降低 AZ31镁合金的塑性和断裂韧性，合金的断裂机制由韧窝断裂向解理断裂转变。但同时合金的屈服强度和抗拉强度大幅增加，经SMAT3min处理后达到最大值，分别提高约33.7%、32.3%。　　3．选取了深冷7d后的合金进行不同时间的SMAT处理，经过深冷与SMAT复合处理后，AZ31镁合金屈的服强度、抗拉强度明显提高，延伸率的降低程度减小，获得了良好的强度-塑性匹配，综合力学性能明显更优。在进行SMAT处理前进行深冷预处理可以使AZ31镁合金析出更多的β-Mg颗粒，且分布更加均匀。这些第二相颗粒在合金的SMAT处理过程中可以促进孪晶的形核并抑制孪晶长大，有利于材料剧烈塑性变形时应力的释放，减缓加工硬化率的下降趋势，从而降低 SMAT处理对 AZ31镁合金塑性的损害；同时，第二相颗粒能阻碍拉伸变形过程中位错的滑移和交错等运动，从而增大 SMAT处理后 AZ31镁合金的强度。