通过塑性变形可改善镁合金的组织，大幅提高力学性能。但受镁合金塑性变形能力差和大尺寸、复杂结构件难于一次成形的限制，工程应用中工件的成形往往通过多次热变形获得，成形后的组织由各阶段组织演化而来。因此通过优化工艺及过程参数，来控制组织演化向着有利于力学性能提高的方向发展，对工程应用有着极其重要的意义。本文以铸态AZ80镁合金为研究对象，以平面应变等温压缩实验为变形方法，采用拉伸试验、硬度测试、金相、SEM等分析手段，围绕恒温和阶梯降温多次热变形及后续热处理对组织及性能的影响开展工作，研究了不同初始态、中间加热次数、变形温度、热处理对镁合金AZ80强韧化的影响规律，探讨了组织对性能的影响关系，最后将优化后工艺及参数对镁合金AZ80车轮进行试制，验证其结果的可靠性。首先对铸态和均匀化初始态进行压缩变形，并对变形后的组织和力学性能进行分析对比。研究发现均匀化可使原铸态组织中粗大的第二相溶入基体，且溶质可有效促进动态再结晶发生，增大基体中细晶所占比例，促使力学性能提高。通过以上研究表明镁合金变形前应进行均匀化处理。390℃恒温多次变形的中间加热可使基体中的晶粒尺寸均匀化，终了变形后无粗晶的合金组织有利于拉伸性能的提高，但硬度偏低。在满足塑性指标的前提下，为进一步增加强硬化效果，可通过优化T5处理的时效时间来实现。针对镁合金AZ80，最佳的中间加热次数为三次，170℃下T5处理的最佳时效时间为12～14h，最后获得的力学性能为R_m≥340MPa、A≥9%和硬度≥HRB40。同时，本文分析了晶粒尺寸均匀化原因、热处理析出相特点及原因和不同变形程度下晶粒细化机制。阶梯降温多次变形因后期变形温度低于脱溶温度，析出相钉扎粗晶使其难于变形，容易造成应力集中，且变形后为含有粗晶的混晶组织，拉伸性能较低。因此，镁合金变形温度不得低于脱溶温度以下。但通过T6处理的高温固溶可实现晶粒尺寸均匀化，提高其塑性指标，同时后续T6时效处理可实现其强硬化。针对镁合金AZ80，T6处理（415℃+1.5h、170℃+11.2h）可实现较好的强韧化目标，其力学性能为R_m=320MPa、HRB31、A=9%，但仍低于优化后的恒温多次变形力学性能。镁合金变形前应进行均匀化处理，变形温度应选择在脱溶温度以上，并可通过增加中间加热次数来获得晶粒尺寸均匀的变形组织，后经适当的T5处理实现最佳的强韧化目标。实验中获得的铸态AZ80镁合金最佳的强韧化工艺路线为：415℃+16h均匀化→390℃变形，中间加热三次→170℃+12～14h的T5热处理。将铸态AZ80镁合金最佳的强韧化工艺路线应用在镁合金AZ80车轮试制中，获得了较高的综合力学性能，验证了工艺路线及参数的可靠性。