镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料,因其较高的比强度和比刚度,在工业应用中具有非常大的潜力。特别是进入21世纪以来,能源和环保问题极大地刺激了镁及镁合金在汽车工业中的应用。但是由于镁及镁合金属于密排六方结构,滑移系较少,塑性变形后各向异性非常显著,使其力学性能较低,传统工艺未能很好地解决其力学性能较低的问题。研究表明,通过控制材料的显微结构(晶粒尺寸及其分布和织构)能有效地改善材料的综合力学性能。近年来,等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)受到材料研究者的广泛关注,因为该技术可使材料内累积足够大的变形能,达到充分细化晶粒尺寸的目的,可制备出亚微米级甚至纳米级的超细晶材料。经过ECAP挤压后,材料的综合力学性能有了显著的提高。受镁及镁合金塑性较差的影响,目前ECAP通常都在200℃(0.5Tm,开氏温度)以上进行挤压,得到的晶粒尺寸也在2gm以上。在200℃以下,关于ECAP对镁及镁合金的组织性能影响的研究还很有限。由于ECAP过程中的影响因素较多,为了得到均匀的显微组织,首先通过模拟优化ECAP模具结构,为实验过程中的模具设计提供理论支持。随后,本文以纯镁和AZ80镁合金为对象,系统地研究了镁及镁合金在中低温下经过ECAP挤压后的显微组织演变过程,分析在中低温下挤压晶粒的细化过程；同时,对挤压后的材料在室温下进行力学性能测试,分析经过剧烈塑性变形后材料的变形行为。取得的主要研究结果如下：(1)使用3D有限元软件优化模具结构后模拟了纯钛和纯镁的变形过程,系统地分析了模具内外转角以及背压对材料应力、应变、应变速率等分布的影响。模拟结果表明：通过改变模具内外转角半径可以使样品在挤压过程中上下表面的受力分布均匀,这有利于得到变形均匀的材料；优化后的模具结构对变形分布的影响不因材料的不同而发生改变；背压能不破坏样品的上下表面的受力平衡,并且有利于增加均匀变形区的应变量,增加变形程度。通过调整模具转角结构和背压能显著地降低样品通过剪切变形区的应变速率,从而有利于防止材料发生断裂。(2)使用直接和两步法对铸态纯镁在中温下(100～200℃)进行了ECAP挤压。其中,两步法是先在较高下多道次ECAP挤压,然后再降低温度进行挤压。研究了材料的显微组织变化及其对压缩变形行为的影响。使用电子背散射衍射(Electronic BackScatter Diffrication, EBSD)和X-射线衍射(XRD),分析了挤压温度、挤压道次、挤压路径对微观组织及织构类型的影响,通过压缩实验研究了不同挤压条件对力学性能的影响。研究结果表明：纯镁在中温下直接ECAP挤压,Bc路径比较容易导致样品发生断裂。采用两步ECAP能成功地使用A、Bc和C路径在不同温度下(100～200℃)对纯镁挤压4道次,不同路径对材料的细化作用存在明显差别,依次为：Bc>A>C。受剪切面体系的影响,Bc和C路径得到的是倾斜织构,随着挤压温度的降低,择优取向逐渐减弱；A路径得到的是基面织构,挤压后大角度晶界比例较高,温度对大角度晶界比例和织构类型的影响不显著。在压缩变形过程中,受织构和晶粒分布的影响,不同路径对材料综合性能的提高作用依次为：A>Bc>C。(3)采用两步ECAP方法,研究了纯镁在室温下不同路径、多道次以及背压对材料组织性能的影响。通过透射电镜(Transmission Electron Microscope, TEM)和EBSD测试方法,分析了纯镁在室温下经过不同路径、不同道次挤压后的显微组织演变过程以及晶粒细化机制。通过压缩实验研究了室温ECAP挤压后对材料力学性能的影响。研究结果表明：在室温下,二次ECAP多道次挤压后,A路径挤压后材料的强度和塑性均有明显提高,综合性能最高,这主要归因于材料的多尺度晶粒分布以及基面织构的存在；Bc路径对材料力学性能的提高作用次之,由于随着挤压道次的增加,形成的倾斜织构导致材料强度略有降低,而塑性逐渐提高；C路径挤压后材料的力学性能最差,因为大量的孪晶不利于塑性变形,倾斜织构使材料强度较低。背压是促进晶粒细化最有效的方法之一,随着背压的提高,即使采用单道次挤压也能使晶粒均匀地细化到亚微米级别；增加背压使材料的塑性大幅度地提高,高背压更有利于形成择优取向。(4)分别采用直接和两步ECAP的方法,研究了AZ80镁合金在不同温度挤压后组织演变及其对力学性能的影响。结果表明：在320℃下,A和Bc路径对晶粒细化效果的影响相似；随道次增加,晶粒尺寸均出现先减小后长大的现象。在200℃下,材料内形成大量的孪晶,并累积较高的位错密度；晶粒可细化到亚微米尺度,析出物也被细化成为100nm左右的离散颗粒均匀地分布在材料内,这有效地阻碍了位错运动,有利于提高材料硬度。在ECAP挤压过程中,织构主要受变形路径的影响,温度对织构的影响不明显。不同温度下挤压,A路径后得到是基面织构,Bc路径后得到的是倾斜织构。