镁金属虽因具有低密度、优异的阻尼能力、优异的比强度、良好的可铸性和刚度而成为有吸引力的结构材料,但其绝对强度通常低于钢和铝合金。因此提高镁金属的强度成为目前研究的重要课题,晶粒细化是常用技术之一。然而,由于大尺寸超细晶镁的制备技术尚不成熟,镁金属的拉伸强度与晶粒尺寸的关系研究仍不透彻,已发表的研究间也存在一些矛盾,进而导致镁金属的变形机理也不很明确。本文采用切削纯镁粉,通过高能球磨、SPS烧结、热挤压制备出一系列平均晶粒尺寸不同的纯镁棒材。通过电子背散射衍射技术、透射电子显微分析技术观察了不同晶粒尺寸纯镁样品的微观组织,研究了纯镁晶粒尺寸与屈服强度之间的关系以及纯镁反HallPetch效应的临界尺寸。通过应变率敏感性和位错密度的理论计算,探究了Hall-Petch关系变化的微观机理。最后建立了不同变形模式下临界剪切应力的晶粒尺寸依赖性。主要研究结果如下:通过控制球磨时间,得到了平均晶粒尺寸分别为1.6μm,420 nm,100 nm、63 nm、38 nm和26 nm的纯镁粉末。结果表明,26 nm是本文实验条件下细化晶粒尺寸的极限。然后通过SPS烧结、热挤压制备出平均晶粒尺寸分别为9.8μm,2.4μm,560 nm,93nm,64 nm,3（?）nm的纯镁金属棒材。根据压缩和拉伸力学性能测试,发现晶粒尺寸为93 nm的纯镁样品,拉伸和压缩都具有最高的屈服强度。根据Hall-Petch关系的斜率,可将曲线分为三个阶段:当晶粒d＞2.4μm,Hall-Petch关系呈正相关,此时室温变形主要以＜10（?）2＞变形孪晶和基底滑移为主。当晶粒尺寸93 nm＜d＜2.4μm时,Hall-Petch关系出现负偏差,此阶段由于晶粒细化抑制了变形孪晶的产生,位错滑移和堆垛层错成为主要变形机制。当晶粒尺寸d＜93nm,出现反Hall-Petch现象,此阶段晶界机制成为主要变形机制。