电磁成形技术可显著改善金属材料成形性能，被认为是能够突破轻质合金塑性加工瓶颈的新兴高速成形技术。与常规准静态成形技术相比，电磁成形具有的高应变速率及非接触式成形等特点使材料在成形过程中表现出特殊的塑性流动行为和微观组织特征，这将对成形零件的服役性能产生直接的影响。然而，关于电磁成形金属材料微观组织及力学性能的研究却少有报道。本文以电磁成形金属材料(5xxx系铝合金、工业纯铜及20＃钢)为研究对象，利用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)，电子背散射衍射系统(EBSD)，X射线衍射仪(XRD)，透射电子显微镜(TEM)，单向拉伸实验(Uniaxial Tensile Test)和纳米压痕(Nano Indenter)等手段对金属材料在电磁成形过程中的变形行为，微观组织及力学性能的演变进行了系统研究和分析，试图揭示各种微观组织形态的形成机理及物理本质。　　以退火态5A02铝合金管材为对象，研究了电磁自由胀形条件下铝合金的变形行为和微观组织演变规律。实验结果表明：管材塑性变形较为均匀,电磁成形样品中的微结构特征以高密度位错带和位错墙为主,变形晶粒微观取向差随着应变的增大而增大。织构分析显示α(<011>||ND)织构随着应变的增大而增加，β取向线上的黄铜织构也随应变的增大而增加，而铜型织构和 S织构却逐渐减少。理论分析认为电磁成形具有的高应变速率及合金中溶质原子(5A02铝合金的主要溶质原子为 Mg)与位错之间的相互作用是影响位错组态的主要因素。在电磁胀形所产生的双向拉伸应力作用下材料中的各取向成分向更为稳定的取向旋转。此外，对电磁成形后铝合金的力学性能测试表明，电磁成形件表现出了显著的应变强化效应，分析表明高速变形产生的高密度位错边界对后续变形过程中位错运动的阻碍作用是电磁胀形件的主要强化机制。　　选取5A02和5A06两类Al-Mg合金板材为对象，研究了应变量和Mg元素含量对电磁成形铝合金微观组织演变的影响。结果表明，随着塑性应变量和合金中 Mg含量的增加铝合金板材在电磁成形过程中的位错滑移模式由波滑移向平面滑移转变，成形件中的位错分布更为均匀。分析表明铝合金在高速成形过程中，运动位错在绕过林位错时不断“捕捉”固溶在基体中的Mg原子，在位错核心区形成溶质原子气团阻碍了位错运动，并抑制了位错之间的相互作用，最终使得位错分布趋于均匀化。同时，材料中溶质原子的聚集形成的大量短程偏聚结构(short-range clustering, SRC)，其与运动位错之间相互作用而产生的滑移面软化效应是引起合金材料平面滑移模式出现的原因。　　以具有中等层错能的工业纯铜板材为对象，研究了其在电磁自由胀形条件下的微观组织演变及塑性变形机理。结果表明纯铜在电磁成形过程中的塑性变形为位错滑移机制，且孪晶密度随着应变的增大而减少，这与其在其他高速变形过程表现出的机械孪生变形机制明显不同。电磁成胀形Cu板中以等轴状位错胞结构为主，且位错胞尺寸和胞壁宽度均随应变的增大而减小，胞壁取向差则随着应变的增大而增大。分析认为电磁成形过程中，纯铜板材所受的冲击载荷较小，使得全位错比不全位错更易在变形过程中形核，这是材料表现出位错滑移机制的主要原因。同时板材胀形过程中的高应变速率和双向拉伸应力状态有利于多滑移系同时开动，促使晶粒内位错胞结构的产生。根据Holt模型，变形过程中位错胞尺寸的减小归因于材料位错密度的增加。随着塑性变形的进行，位错边界不断“捕捉”新的位错，位错边界内高密度位错之间的相互作用使得胞壁宽度减小，而取向差增大。　　最后，我们采用磁脉冲焊接的方式，实现了3A21铝和20＃钢的冶金结合，并深入研究了焊接界面的微观组织结构及形成机理。实验结果显示，焊接界面呈波纹状且母材之间有中间过渡层生成。透射电镜观察发现，界面中间层主要包括两个区域：(1) Al(Fe)固溶体和少量Al13Fe4金属间化合物组成的纳米晶区；(2)含非晶结构的“过渡”区。这也是首次在金属材料磁脉冲焊接界面处发现非晶结构相。铝、钢焊接界面附近均出现了亚微米级的超细晶组织。中间层的形成表明焊接界面处发生的了熔化和快速凝固过程，电磁力诱导的铝合金与钢之间的高速碰撞是引起这一微观组织结构形成的主要原因。而界面处非晶相的形成则归因于界面熔池的急速冷却和其具有比Al-Fe固溶体更低的形成自由能。结合Johnson-Cook模型分析发现，3A21铝界面区因高速变形引起的绝热温升足以使得变形区以晶界旋转机制发生动态再结晶，形成低位错密度的等轴状细晶组织。