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镁合金是最轻的金属结构材料,具有密度小、比强度高、资源丰富等优点,有利于实现构件轻量化,在航空、航天、汽车领域具有巨大的应用潜力。但由于镁合金的晶体结构为密排六方,滑移系较少,导致室温塑性及加工成形性能较差,故其工程应用受到较大限制。晶粒细化是改善镁合金塑性的有效手段之一。传统的剧塑性变形技术如等通道角挤压、高压扭转等,虽然具有显著的晶粒细化效果,但存在工艺流程复杂、能耗高且材料尺寸偏小等问题。搅拌摩擦加工（FSP）作为一种新型的剧塑性加工技术,不仅可以有效细化晶粒,而且具有简便易行,可重复性好等优点,采用一定搭接率进行多道次搅拌摩擦加工（M-FSP）有望制备出大尺寸的细晶镁合金板材。因此,本课题以铸态的AZ61为研究对象,在空冷和水冷两种条件下进行多道次搅拌摩擦加工,分析工艺参数、加工道次、热处理等对材料微观组织、织构及力学行为的影响,明晰板材的组织特征与其常温和高温力学行为之间的关系,为FSP制备细晶镁合金板材提供理论依据和关键技术。首先,选取了不同的工艺参数,在空气中对AZ61镁合金进行单道次FSP,研究搅拌头旋转速度（）与加工速度（）对组织演变及力学行为的影响。在FSP过程中发生了动态再结晶,搅拌区组织与母材相比显著细化。随着ω/ν比值的增加,加工过程的热输入增大,FSP试样搅拌区的中心宽度和平均晶粒尺寸随之增大。通过分析工艺参数对再结晶晶粒尺寸的影响,建立了晶粒尺寸与Zener-Hollomon参数之间的关系。与母材相比,FSP试样的力学性能明显提高,屈服强度和硬度均随着晶粒尺寸的减小而提高。此外,由于受织构弱化、位错密度降低及大角度晶界比例增加等有利因素影响,在旋转速度1000 rpm,加工速度60 mm/min（1000-60）的条件下制备的样品表现出较好的抗拉强度及塑性。其次,选取1000-60的工艺参数在空气中对铸态AZ61镁合金进行M-FSP,系统分析多道次加工对微观组织特征的影响,并对其常温拉伸、冲压和高温拉伸行为作了考察。M-FSP可制备出没有宏观缺陷的大尺寸板材,晶粒尺寸被进一步细化,但相邻道次间存在粗晶与细晶共存的不均匀组织,该区域的织构也与搅拌区存在较大的差异。由于组织的不均匀及织构的影响,M-FSP镁合金板材的力学行为存在较明显的各向异性,平行于加工方向（PD）试样的抗拉强度和伸长率表现最好。M-FSP板材在不同冲压速度下进行Erichsen测试,所获得室温冲压成形性能的最高Erichsen值（IE）为3.7 mm。在高温拉伸过程发生不均匀变形和应变局域化,导致M-FSP镁合金板材在高温拉伸时难以实现超塑性,仅有平行于PD的拉伸试样在623 K和3.3×10-4 s-1条件下表现出超塑性,伸长率为211%。另外,M-FSP镁合金板材的高温拉伸行为也存在明显的各向异性,再次,选用热输入较低、晶粒细化效果较好的工艺参数,即旋转速度800 rpm,加工速度240 mm/min（800-240）,采用搭接率为100%和50%对AZ61镁合金进行水下搅拌摩擦加工（SFSP）,研究在强制冷却条件下多道次加工对组织演变及常温力学行为的影响,并考察多道次SFSP（M-SFSP）板材在不同方向的高温拉伸行为。经过二道次SFSP,组织变得更为均匀,晶粒和第二相颗粒被进一步细化,SFSP可以显著提高合金的力学性能,尤其是塑性得到显著提高。在水的强制冷却作用下,M-SFSP成功制备出大尺寸细晶AZ61镁合金板材,其平均晶粒尺寸约为4μm。由于细晶强化、位错强化和固溶强化等强化作用,板材的力学性能比母材明显提高,但由于过渡区域存在较明显的织构分布不均匀,变形过程产生不均匀微观应变,从而容易在过渡区萌生裂纹,导致M-SFSP板材的常温力学行为存在各向异性。在高温拉伸条件623 K、1×10-33 s-1下,M-SFSP板材在各个方向下表现出优良的超塑性,伸长率在332%467%之间,高温拉伸性能各向异性明显被弱化。最后,对M-SFSP镁合金板材进行不同条件的退火处理,研究退火工艺对晶粒尺寸、织构演变、第二相分布及力学行为的影响,分析了退火处理对板材各方向力学行为的影响。在低温短时退火时,晶粒尺寸有所长大,细小的第二相从过饱和基体中析出,织构未发生明显改变。在高温长时退火时,晶粒尺寸被明显粗化,更多第二相从基体中析出,呈片状分布于晶界间,织构发生明显改变且被弱化,高温长时退火后的M-SFSP板材的力学性能趋向于各向同性。