镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，日益成为汽车、航空航天、国防军工、电子通信等工业领域的重要材料。作为一种高强度的变形镁合金，ZK60合金应用前景广泛。遗憾的是，由于ZK60合金具有较宽的凝固范围使得铸造过程中很容易形成缩松和显微偏析等缺陷，致使合金的铸造特性较差，严重限制了合金的应用。本文通过ZK60合金凝固过程中施加螺旋磁场搅拌，从而实现对材料凝固组织、成分分布和性能的控制，改善ZK60合金的铸造特性，进而提高合金的室温力学性能和塑性成形能力。重点研究螺旋磁场搅拌对ZK60合金凝固组织的影响规律及细化机制和温差挤压ZK60合金的组织演变规律及细化机制、室温变形行为和断裂机制，揭示温差挤压ZK60合金的强韧化机理。以期提出改善ZK60合金力学性能和成形性能的有效方法及理论。本文首先采用自行设计的螺旋磁场搅拌装置对熔炼的ZK60合金凝固过程进行控制，采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)，研究了不同螺旋磁场搅拌工艺对铸态ZK60合金的凝固组织和相组成、微区化学成分的分布变化、微观硬度及合金性能的影响，并探讨了组织的细化机理。在励磁电压为90V时的磁场作用下，合金组织细小均匀，细化效果最佳；螺旋磁场的施加加剧了ZK60合金的不平衡凝固，阻碍了共晶相以连续的形式析出，增加了溶质元素在晶体内部的固溶度而减少在晶界的析出，促进了合金元素均匀分布，减少偏析，细晶强化和固溶强化效果明显，提高了合金的微观硬度和力学性能。采用不同的均匀化处理工艺对ZK60铸锭进行热处理，优化了合金的均匀化制度。ZK60合金均匀化处理后主要有α-Mg和MgZn2两种衍射峰，合金中的主要析出相为MgZn2，铸态下较少含量的析出相MgZn相经过均匀化处理后，进一步固溶于基体中；经TEM分析发现合金有新的析出相析出，并随着励磁电压的增加，析出相尺寸明显变小，且越来越呈弥散分布状态，合金硬度得到进一步改善，析出强化占了主导位置；合金适宜的均匀化处理制度为380℃×12h，经过该制度处理后，晶界非平衡相基本得到消除，合金元素呈现均匀分布，这一均匀化处理制度在动力学曲线设定范围内；利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)从不同尺度分析了常规挤压和温差挤压变形温度对ZK60合金微观组织的影响规律。温差挤压对ZK60合金组织具有很好的细化能力，合金组织的分布更加均匀；合金组织发生了完全再结晶，晶界以大角度晶界为主，合金晶粒细小，对励磁电压90V的合金进行温差挤压，合金出现了尺寸小于1μm的超细晶；温差挤压ZK60合金主要细化机制为动态再结晶细化，但在不同工艺条件下具有不同的再结晶产生机制。通过室温拉伸考查了温差挤压工艺对ZK60合金室温力学性能的影响规律。温差挤压变形后，合金综合力学性能得到很大提高，90V时ZK60合金的延伸率为20.8%，屈服强度为287MPa，抗拉强度为388MPa；温差挤压后ZK60合金室温变形均匀性显著提高；温差挤压温度较低时，其主要变形机制为孪生；随着温度的升高，其变形方式转变为位错滑移；进一步升高温度，合金发生明显再结晶，而随着温度升高，合金再结晶晶粒进一步长大。最佳温差挤压工艺是90V时坯料表面温度350℃，温度差为150℃。亚晶组织和再结晶组织是适宜的温差挤压工艺下ZK60合金典型的TEM组织。温差挤压ZK60合金强韧化机理的研究表明，温差挤压ZK60合金综合力学性能的提高是细晶强化、第二相强化、位错强化和晶界强化等多种机制协同作用的结果。细晶强化是温差挤压ZK60合金的主要强韧化机理之一：晶粒细化后激活了非基面滑移和晶界滑移，孪生变形得到抑制，使得合金塑性大幅提高；第二相强化是温差挤压ZK60合金的另一重要强韧化机理：第二相强化效果受第二相种类、数量及分布的影响，随着励磁电压的增加，第二相粒子得到明显细化，分布均匀性显著提高，从而影响其力学性能；因此，温差挤压ZK60合金的强韧化机理是以细晶强化和第二相强化为主的复合强化机制。