锆合金因其优异的核性能和力学性能而被广泛用于核反应堆的燃料包壳材料和结构材料,成品锆合金在工业生产时要经历一系列的锻造、β淬火、轧制和热处理等过程,这一系列热机械处理过程包含温度、应变速率及应力状态等多种塑性变形条件。因此,理解和认识锆合金在不同变形条件下的塑性变形机制对于优化生产工艺,从而调控微观组织和织构,以获得更优异服役性能的成品锆合金具有重要意义。作为密排六方结构金属,孪生是锆合金在塑性变形过程中一种非常重要的变形协调机制。孪生特征,包括孪生形核、长大,孪生变体选择机制,复杂应力下的非常规孪生行为等,对于锆合金微观组织、织构演变以及力学性能具有重要影响。因此,本论文以β固溶炉冷后的Zr-4和Zr702两种锆合金为主要研究对象,采用光学显微镜、背散射电子成像（Back scattered electron imaging,BSE）、电子背散射衍射（Electron backscatter diffraction,EBSD）、X 射线衍射（X-ray diffraction,XRD）等分析技术,系统研究了两种合金经不同温度下楔形板轧制后的微观组织和织构演变规律及Zr702合金经动态塑性变形后的孪生行为等内容。此外,还对两种锆合金在塑性变形过程中异常的孪生行为进行了理论分析和研究。最后,本文还将对在锆合金中存在争议的形变扭折带进行精细表征和机理分析。首先对比研究了经β固溶炉冷后Zr-4和Zr702两种材料在室温和液氮温度轧制过程中的微观组织和宏观织构演变规律,发现相比Zr合金,Zr702在轧制过程中激活孪生的含量更高,表明元素含量的减少对孪生的激活起促进作用,而液氮温度轧制同样促进孪生的发生并且延迟了主导变形机制的转变（由孪生主导转变为滑移主导）。室温轧制初期的主要孪晶类型为{11（?）1}和{10（?）2}拉伸孪晶,其形核和长大使得原来远离ND的取向转到ND附近;而液氮温度轧制初期除了激活这两种拉伸孪晶外,还会在c轴//ND的晶粒内先开启一定量的{11（?）2}压缩孪晶,而后产生二次孪晶,使得母体晶粒的c轴先远离ND后转回到ND附近。两种温度轧制初期主要孪晶类型的不同是导致其宏观织构演变过程存在较大差异的主要原因。进一步针对β固溶炉冷态Zr-4样品在室温轧制条件下形成的特殊的孪晶结构,采用EBSD精细分析并判定其为{11（?）1}-{10（?）2}双孪晶。结合Schmid因子和应变协调因子m’,揭示了这种双孪晶的产生是为了协调初级{10（?）2}和{11（?）1}孪晶交互作用产生的局部应变不兼容,其二次孪晶的变体选择不遵循Schmid定律,而是由局部应变协调效应决定。随后对比研究了 β固溶炉冷态Zr702在动态和准静态压缩变形过程中的孪生行为。动态塑性变形时,在较低变形量（5%）,样品组织中就产生了大量的形变孪晶,其类型主要为{11（?）1}孪晶和少量的初生{10（?）2}孪晶。随着变形量的增加,在{11（?）1}孪晶界上可观察到次生{10（?）2}孪晶的形核,这些次生{10（?）2}孪晶进一步长大、合并形成粗大、不规则的“孪生区”,当中可观察到{10（?）2}-{11（?）2}双孪晶乃至{10（?）2}-{11（?）2}-{10（?）2}三重孪晶的形成。进一步对初生和次生{10（?）2}孪晶的变体选择机制的研究结果表明,前者的变体选择遵循Schmid定律,而后者则受局部应变协调机制控制。另外,相比准静态压缩变形,动态塑性变形中产生的{11（?）1}孪晶表现为异常稠密的形貌特征,其主要原因在于动态塑性变形下位错滑移受到抑制,需要激活更多的{11（?）1}孪晶来协调变形。最后研究了 β固溶炉冷态Zr702经动态塑性变形15%以上样品中特殊的“类孪晶”片层。EBSD分析表明这些“类孪晶”片层与母体晶粒构成～20°/＜10（?）0＞的特定取向关系,符合形变扭折带的晶粒学特征,为锆合金中是否存在扭折带提供了直接的实验证据。通过Schmid因子计算和晶内取向差转轴（in-grain misorientation axes,IGMA）法分析对其形成机制进行了探讨,确定了其是由单个或多个基面＜a＞滑移变体在晶粒内部激活并在滑移面上累积所形成。此外,通过与其他可能的变形机制的对比,还发现这些扭折带的形成条件较为苛刻,即在不利于孪生及非基面滑移的晶粒内才有可能发生。本论文通过对比实验研究了锆合金在不同变形方式的孪生行为,探讨了形变孪生在锆合金织构演变中的重要作用,阐明了锆合金中孪生变体选择和非常规孪生行为产生的机制,提供了形变扭折带这一新机制的直接实验证据。本研究丰富了对锆合金的塑性变形的认识和理解,为优化锆合金生产工艺提供了实验依据和理论参考。