镁合金作为最轻的金属结构材料,在汽车、航空航天等领域有着广袤的应用前景。但是,由于镁合金具有密排六方结构,在室温下缺乏足够的滑移系,变形孪生在合金塑性变形以及加工过程中发挥重要作用,同时也是影响合金强度、塑性、各向异性的主要因素之一。因此,深刻、全面的理解和认识孪生行为,包括孪晶的长大机制、孪晶界面结构以及演化机制、变形孪晶与晶体缺陷之间的交互作用机制、以及孪晶的形核和长大特征,将为优化合金结构、设计与开发高性能的镁合金提供理论依据和基础数据支撑。{10-12}孪生是镁合金中最常见的孪生模式,针对{10-12}孪生行为的探索引发了广泛关注,但是目前仍存在如下科学问题:就孪晶的长大机制来说,实际孪晶是三维结构,但是目前关于孪晶长大机制的探索不管是原子尺度模拟还是晶体学分析都是基于二维模型,忽略了孪晶沿[11-20]方向的扩展。毫无疑问,只考虑沿[11-20]法平面扩展的二维孪晶模型与沿三维扩展的真实孪晶结构存在巨大差异。这就导致,{10-12}孪晶的长大机制极具争议。显然,为了全面理解孪晶长大机制,有必要对{10-12}孪晶核心的三维长大特征进行探究。另一方面,孪生是应力激活的过程,也就是说,基体中的应力状态对孪晶的扩展至关重要。但是,目前对基体中的弹性应力如何影响孪晶界面演化还缺乏系统分析,显然,这样的分析是理解孪晶长大机制的关键。就孪晶界面结构与演化来说,已经知道,共格{10-12}孪晶界（{10-12}TB）上存在周期性排列的格点位置,并且,这些周期性格点位置在镁合金的退火强化中发挥着至关重要的作用,但是该格点位置的形成机制仍不明确。针对该周期性格点位置的探究将有利于深入理解孪晶界面的演化机制。另外,从工程应用的角度考虑,该格点位置的充分认识能够为优化孪晶界面结构、从而改善合金的力学性能提供理论指导。就孪晶与晶体缺陷（面缺陷）的交互作用来说,已经知道,晶界、孪晶界对{10-12}孪晶的迁移有非常明显的阻碍作用,近年来,层错与{10-12}TB之间的交互作用越来越引起研究者的关注,层错能够通过阻碍{10-12}TB的移动从而提高流变应力、强化镁合金。然而,目前尚局限于采用分子学模拟、基于二维界面模型来研究层错与{10-12}TB之间的交互作用。值得注意的是,实际的{10-12}孪晶是三维结构,如果想要全面认识层错对孪晶演化的影响,有必要理解三维孪晶与层错之间的交互作用,或者当不同孪晶界面与层错交互作用后孪晶如何演化。目前暂无{10-12}孪晶与层错交互作用的报道。就孪晶的形核与长大特征来说,已经知道,预变形可以改变初始微结构,从而调控孪晶形核与长大。在不同的预应变路径以及预应变水平下除了能够获得不同数量以及尺寸的孪晶,微结构中的位错密度也会存在显著差别。尽管大量研究集中于探究不同预变形路径以及预应变水平如何影响孪晶形核与演化,但是不同加载条件引起的初始微结构的差异如何影响后续孪晶形核与长大还有待澄清。如能明晰孪晶在组织中的形核与长大规律,将有利于调控孪晶的特征参量（包括数量和尺寸）,从而控制合金的力学性能以及变形行为。针对这样的问题,首先采用分子动力学模拟结合应力场分析,对镁合金中{10-12}孪晶的三维演化特征,以及孪晶界面的扩展机制进行系统研究;接下来,利用三维孪晶模型,对{10-12}TB上周期性排列格点进行阐述;然后,采用分子动力学模拟,对三维{10-12}孪晶与基面层错（I1,I2）之间的交互作用进行分析,进一步,结合拓扑模型分析,对孪晶界面在层错上的演化机理进行深入探讨。另外,采用原位EBSD表征技术,对不同预应变加载条件下（直接压缩、压缩-拉伸）初始微结构的差异如何影响后续孪生行为进行分析,试图找到孪晶形核与长大所对应的初始微结构特征,从而为设计高性能镁合金提供理论指导以及基础数据支撑。论文取得的主要研究结果为:（1）首次获得了{10-12}孪晶的三维形态特征,并证明了{10-12}孪晶的长大并不是由单一的机制主导。稳定的三维孪晶核心的边界由BP界面、PB界面以及{10-11}界面组成。随着孪晶核心的长大,{10-12}TB将在BP界面与PB界面的结合位置出现。孪晶界面的迁移受周围基体中弹性应力驱动,且孪晶界面迁移涉及两种机制:（i）“pure-shuffle”机制,{10-11}界面沿着[11-20]方向的扩展通过原子扰动实现,（ii）“glide-shuffle”机制,BP/PB界面、{10-12}TB的迁移通过界面缺陷在相关界面上滑移实现。孪晶界面的迁移提供了基体中弹性能释放的机会,激发了孪晶核心的快速扩展。（2）阐明了{10-12}TB上周期性排列格点的形成机制。BP/PB界面上的界面位错存在两种形核模式:（i）:b1/-1b,b 1/1a,（ii）b 1/-1a,b 1/1b,在BP/PB界面上这两种形核模式交替进行。并且,当界面缺陷迁移到BP界面与PB界面结合位置时,将激发{10-12}TB以及该界面上格点位置的形成。最终,界面位错连续且交替向孪晶界面格点转化,导致{10-12}TB上周期性排列格点的形成。（3）明确了层错对{10-12}孪晶强化潜力,提出了一种合金强化的新思路。I1,I2层错都能阻碍{10-12}孪晶的扩展。相对于I1层错,I2层错的边界对孪晶界面的阻碍能力更强,并且BP界面进入I2层错后拥有更大的位移矢量。在这两个因素的共同作用下,I2层错比I1层错能够更有效地阻碍{10-12}孪晶的扩展。另外,I1,I2层错对不同的孪晶界面都具有不同的强化效果,层错对BP/PB界面,以及{10-12}TB的强化效果优于{10-11}界面。（4）揭示了初始孪晶和位错微结构影响后续变形过程中孪晶形核与长大规律。初始孪晶周围应力场以及位错密度能够显著影响后续孪晶的演化。当晶粒中包含少量位错时,孪晶极易扩展并与晶界发生交互作用,此时该孪晶应力场将促进后续孪晶在晶界位置形核。然而,当晶粒中包含高密度位错缺陷时,孪晶与位错将发生明显交互作用,初始孪晶的长大将受到明显抑制,此时孪晶应力场将激发后续孪晶在已有孪晶周围形核。最终,初始晶粒中包含细小孪晶以及高密度位错将有利于在后续变形过程中获得高密度细小孪晶。