镁合金是最轻的金属结构材料,具有高的比强度、比刚度、减振性、导热性、可切削加工性和可回收性,因而被称为21世纪的“绿色工程材料”。尤其是随着汽车工业及电子行业的迅速发展,大量的镁合金构件应运而生,部分代替了塑料、铝合金甚至钢铁材料,预计镁合金将成为本世纪最重要的商用轻质金属结构材料之一。目前,铸造镁合金应用关键技术已取得较大突破,产业化已初具规模。研究结果表明,变形镁合金无论在强度还是韧性方面均远优于铸造镁合金。因此,变形镁合金必然为下一代新型镁合金的发展重点。作为结构材料,镁合金必然会受到循环应力／应变作用,为了其安全应用,需要了解其疲劳行为及失效机理。但是对镁合金疲劳性能的研究,一般采用唯象连续介质模型,忽略了镁合金独特的变形机制特点。AZ31镁合金独特的hcp晶格结构,导致孪生成为其重要的变形机制之一。但目前的研究,一般将位错滑移与孪生混合在一起研究,甚至忽略了孪生在疲劳开裂中的作用。事实上,孪生在一定条件下可以成为疲劳变形主要的变形机制,同时通过改变晶粒取向为位错的进一步滑移提供条件。因此,了解孪生在镁合金疲劳变形过程中的作用,可以更深刻的了解镁合金的疲劳变形行为。为此,本文以AZ31镁合金为研究对象,通过研究镁合金疲劳过程中孪生的影响因素入手,了解孪生在镁合金疲劳中的作用。对镁合金而言,影响孪生行为的因素主要包括织构、应变率、晶粒尺寸和预先引入的孪晶等。采用X射线衍射技术确定镁合金织构,沿特定取向切割试样,研究孪生与位错滑移各自对疲劳性能的影响规律；通过不同频率下的疲劳实验,产生不同的孪生量,分析孪生量对镁合金疲劳寿命的影响；ECAP变形细化镁合金,抑制孪晶的产生,研究细晶对镁合金疲劳性能的影响规律；采用预变形手段在镁合金中引入孪晶,研究初始孪晶对镁合金疲劳的影响。取得以下主要结论：(1)当镁合金以孪生为主要变形机制时,由于出现了大量的残余孪晶,试样具有较高的循环硬化行为；孪生主导试样具有较大的裂纹尖端循环塑性区,其尺寸大约是位错主导试样的的四倍,由此导致了孪生主导试样断口较为粗糙,而位错主导试样断口较为光滑,并出现了含有大量孪晶的小平面；由于粗糙裂纹面诱发的裂纹闭合效应,孪生主导试样具有较高的疲劳寿命。(2)恒应力幅对称高周疲劳条件下,随着疲劳的进行,能量参数逐渐降低至零,表明滞后环不对称性逐渐减轻；棘轮行为只存在于镁合金疲劳初期,随后出现棘轮安定,因此其对镁合金疲劳损伤影响不大；压缩应变峰值随疲劳进行逐渐变小,在约200周时反向,表现为拉伸应变,抑制了退孪生行为；疲劳裂纹易在材料表面孪晶带处形核,并以穿晶方式沿着孪晶界面扩展。(3)低于0.2%的应变幅下,加载频率提高可以延长镁合金疲劳寿命；而高于0.2%的应变幅时,频率对疲劳寿命影响不大。疲劳寿命的增加源于低应变幅高频率下,提高了孪晶的数量。(4)等径角变形AZ31镁合金在应变疲劳条件下表现出循环软化行为,且随着应变幅的增加,软化程度加剧；该软化行为可归因于疲劳过程中的微结构的不稳定性。等径角挤压变形造成了AZ31镁合金内部的缺陷沿着最后一道次的切变面分布,引起晶粒的再结晶,并使得再结晶晶粒的长轴沿着等径角挤压的切变面。等径角变形材料具有较小的疲劳应变能,由此提高了镁合金的低周疲劳寿命,其弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的载荷反向周次之间的关系可分别采用Basquin和Coffin-Manson公式描述。(5)无预压缩镁合金在拉伸阶段以位错滑移为主要变形机制,在压缩阶段以孪生为主要变形机制,而预压缩变形改变了拉伸和压缩阶段的变形机制,并导致了平均应力的改变。在高应变幅下,疲劳寿命取决于塑性应变幅。但在低应变幅下,位错运动的主要部分可逆,此时材料的疲劳寿命取决于平均应力。