镁合金相比传统结构材料具有密度低、比强度高、刚度高和可回收性等优点,因此广泛应用于交通工业、汽车和航空航天工业、3C产品等领域。作为结构材料,镁合金大多在循环载荷作用下工作,疲劳是其主要失效形式。而且镁合金产品主要为铸造镁合金,对挤压变形镁合金特别是新型高强度变形镁合金(如ZK60镁合金等)的研究还处于基础阶段。镁合金多为密排六方晶体结构,在室温变形条件下独立滑移系少,因而塑性差。又由于孪晶变形存在极性,镁合金表现出明显的拉伸与压缩力学性能的差异性和不同取向材料性能的差异性。因此,了解镁合金的变形、疲劳行为及损伤机理,对其应用的可靠性与耐久性具有至关重要的作用。本文采用挤压ZK60镁合金分别进行了ED(Extrusion Direction)和TD(Transverse Direction)取向下的单调变形演化试验和循环变形疲劳试验。通过宏观与微观相结合的方法对镁合金单调变形、循环演化和疲劳行为试验结果进行了试验研究。详细的研究工作和成果如下:(1)采用ED取向试样分别单调压缩到3%、9%和拉伸到5%应变以及试样断裂。通过X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)和扫描电子显微镜(SEM)等测试技术,分析研究各阶段的晶粒取向和孪晶类型等微观结构的变化。试验结果表明,ED取向试样表现出明显的拉伸-压缩变形不对称,单调压缩曲线呈“S”型,单调拉伸曲线呈凹面向下的形状。孪生的产生是造成拉伸-压缩变形不对称的主要原因。(2)采用TD取向试样分别压缩到3%、9%和拉伸到1%、4%、7%、10%应变以及试样断裂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等测试技术,分析研究各阶段的晶粒取向和孪晶类型等微观结构的变化。试验结果表明,TD取向试样表现出拉-压几乎对称的现象。微观测试分析显示不论是压缩还是拉伸都不易产生孪生,主导变形机制均为滑移。(3)通过ED取向试样在应变控制(应变比为R1?(28)-)下的疲劳试验获得应力-应变曲线和疲劳-寿命曲线等宏观力学性能曲线。结果显示,疲劳特性随应变幅变化而差异显著。当应变幅大于2%时,应力–应变曲线近似对称,此时变形机制为完全孪生-退孪生。当应变幅处于0.35%-2%之间,应力-应变曲线则表现出不对称的特征,这是由于部分孪生-退孪生为主要变形机制。当应变幅低于0.35%时,应力-应变曲线对称表明,位错滑移是主导变形机制且孪生不易开启。ED取向试样的疲劳寿命曲线在应变幅为3%和0.35%处有明显拐点,表明在拐点两端的变形机制是不同的。(4)通过TD取向试样在应变控制(应变比为R1?(28)-)下的疲劳试验获得应力-应变曲线和疲劳-寿命曲线等宏观力学性能曲线。试验结果表明,不同取向试样的疲劳特性的差异较小,主要的变形机制不随应变幅变化而改变且始终为位错滑移。此外,TD取向试样的疲劳寿命曲线中并没有发现有拐点。当应变幅在0.45%-1%范围内,TD取向试样的应变-寿命曲线与ED取向几乎完全一致。当应变幅低于0.45%时,TD取向试样的疲劳寿命低于ED试样。(5)用传统SWT模型,对ED和TD取向的疲劳寿命进行了预测,拟合得到三参量方程。将挤压ZK60镁合金材料所有加载条件下的FPSWT参数代入三参量方程进行计算,得到疲劳寿命的预测。将疲劳寿命的预测结果与试验测得的疲劳寿命进行比较,结果显示,传统的SWT模型能较好的预测挤压ZK60镁合金沿不同取向加载下的疲劳寿命。采用传统SWT疲劳模型预测结果有48%(20件)在3倍误差因子的误差界限范围内,有100%(42件)在5倍误差因子的误差界限范围内。