镁合金是目前可工业化应用的最轻质金属结构材料。它具有密度低(约1.8g/cm~3)、比强度高、比刚度大等优点,有望成为最具前景的工程合金的替代品。然而,镁合金具有密排六方晶体结构,对称性低,滑移系少,其塑性成形能力差,加工成形的瓶颈问题在很大程度上制约了镁合金材料在更大范围内的应用和发展。剧烈塑性变形(Severe Plastic Deformation,SPD)能够通过对变形材料施加大的累积应变,有效细化组织并获得同时具有高强度与大塑性的块体材料。因此,本文提出通过累积反向挤压(Accumulative Back Extrusion,ABE)变形制备高性能镁合金材料。以AZ91D镁合金为研究对象,采用理论分析、数值模拟与工艺实验相结合的研究方法,按“铸态镁合金的均匀化处理与热变形行为→ABE变形数值模拟→ABE变形模具与工艺设计→ABE变形工艺实验→变形合金力学行为表征”的工艺路线,采用金相显微分析、X射线荧光光谱仪、扫描电镜和透射电子显微技术深入研究了AZ91D镁合金的均匀化处理与热变形行为。通过热压缩模拟试验建立了均匀化处理AZ91D镁合金的本构模型,绘制了反映合金热成形能力的三维热成形加工图,并建立了动态再结晶动力学预测模型。结合ABE成形有限元模拟和ABE工艺实验研究,证实了ABE成形工艺具有强烈的组织细化能力。通过不同条件下的ABE和热压缩变形合金组织表征,揭示了连续动态再结晶(Continuous Dynamic Recrystallisation,CDRX)和颗粒促进形核(Particle Stimulated Nucleation,PSN)、非连续动态再结晶(Discontinuous Dynamic Recrystallization,DDRX)的基体组织晶粒细化机理。通过ABE变形合金的室温拉伸性能测试,揭示了ABE变形对镁合金的显著强化作用,同时阐明了细晶镁合金中大量增加的晶界在协调变形方面发挥了重要的作用。