晶粒细化是提高镁合金力学性能的重要手段。强塑性变形技术如等径角挤压、累积叠轧焊、高压扭转等已成功应用于细化镁合金晶粒。相对于这些强塑性变形技术,多向反复锻造因工艺简单、成本低、使用现有设备即可进行细晶材料的制备等优点而具有更加广阔的工业应用前景。然而镁合金具有密排六方的晶格结构,滑移系少,锻造难度大,目前镁合金多向反复锻造的研究相对较少。为有效细化镁合金晶粒组织并提高合金力学性能,本文以典型Mg-A1-Zn系镁合金AZ61、AZ80及Mg-Zn-Zr系合金ZK60为研究对象,通过等温热压缩实验建立了材料的微观组织演化模型,基于加工图理论研究了这些合金的热加工可成形性,采用有限元数值模拟识别了合适的多向反复锻造工艺参数范围,通过多向反复锻造实验研究了该工艺对镁合金微观组织和力学性能的影响。提出了一种基于Lassraoui模型回归获得动态再结晶临界应变表达式的方法,并以此为基础建立了三种镁合金材料的动态再结晶动力学方程。两阶段Lassraoui模型反映了加工硬化-动态回复现象和动态再结晶引起的应变软化,该模型的精确性由第二阶段开始条件即动态再结晶触发的临界应变值决定,然而临界应变值识别方法的研究相对较少。为提高模型计算值与实验数据吻合度,本文基于Lassraoui模型辨识获得了临界应变的相关参数,并以此为基础建立了三种镁合金材料的动态再结晶动力学方程。提出了通过跟踪试样热压缩过程不同位置变形历史识别加工图微观组织佐证点的方法。热压缩实验是常用的研究材料热变形可加工性的方法,然而,热压缩过程中接触边界及其摩擦状态导致试样温度场与变形场的不均匀,并进而带来微观组织的不均匀。在材料可成形性分析中,需要根据所获得的流变应力数据建立材料的加工图,结合变形后的微观组织来佐证加工图的分析结果,而一定变形条件下组织的不均匀为佐证加工图带来了困难。为识别最接近设定变形条件的特征点进行微观组织观察以佐证加工图分析结果,本文对热压缩过程中试样不同位置的变形历史进行跟踪分析,识别了适合进行加工图微观组织佐证的特征点。基于加工图理论与特征点的微观组织观察系统研究了挤压态镁合金AZ61、AZ80和ZK60的热加工可成形性。通过三种镁合金材料功率耗散系数分布特征及微观组织观察结果识别了合金不同变形条件下的微观组织演化机制并给出了优化的热加工窗口。基于Jonas、Semiatin、Prasad、Murty、Gegel和Alexander流变失稳判据预测结果及微观组织观察结果的耦合分析检验了不同流变失稳判据对三种镁合金材料的适用性,识别了三种镁合金材料热变形过程中应当避免的流变失稳区。提出了逐步增加应变速率的多向反复锻造工艺并基于包含加工图的有限元模拟识别了合适的多向反复锻造工艺参数范围。与传统的等温多向反复锻造和减温多向反复锻造相比,逐步增加应变速率的多向反复锻造不存在等温多向反复锻造的临界晶粒尺寸,避免了减温多向反复锻造中温度改变带来的繁琐操作,工艺简单易行,更有希望应用于工业生产。为避免多向反复锻造过程中出现流变失稳,本文将加工图集成至有限元模拟软件中对多向反复锻造过程中试样的温度、应变、应变速率及流变失稳区分布进行了模拟,识别了合适的多向反复锻造工艺参数范围。成功完成了逐步增加应变速率的多向反复锻造实验,并通过金相观察、力学性能测试和扫描电镜分析研究了逐步增加应变速率的多向反复锻造工艺对镁合金微观组织和力学性能的影响。多向反复锻造变形道次后的显微组织研究表明随着变形的进行,合金的微观组织逐步细化并趋于均匀化,镁合金AZ61在320℃下经过多向反复锻造变形后形成了平均晶粒尺寸为6.1μm的均匀细晶组织,后续的锻造过程中由于较高的应变速率出现了二次相析出。拉伸实验的研究表明随着微观组织的逐步细化和均匀化,合金的力学性能逐步提高,镁合金AZ61在320℃下经过多向反复锻造变形后的力学性能如屈服强度、抗拉强度和延伸率逐步由初始122 MPa,183 MPa和4.5%提升至241 MPa,303 MPa和13%,而当显微组织出现二次相析出时,合金的力学性能迅速下降。