镁合金是最轻的金属结构材料,具有高比强度/比刚度以及优异的阻尼减震性等优点,在航空航天、交通运输、国防军工等领域具有广阔的应用前景。在当前我国力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”的战略目标下,易于回收、环保性强、被誉为“21世纪绿色工程材料”的镁合金将迎来新的发展机遇,而开发高性能镁合金构件及其先进成形技术是镁合金产业化应用的迫切需求。基于分流挤压工艺制备的中空镁合金型材,能够最大程度的减轻结构件重量。国内外学者针对镁合金挤压工艺及型材组织性能开展了大量研究,但对镁合金分流挤压型材的关注较少,尚存以下问题:分流挤压过程的材料流动和微观组织演变极为复杂,并涉及横向焊缝、纵向焊缝处的固态焊合行为,挤压模具设计和工艺控制难度大;型材不同位置处材料经历的变形和温度存在很大差异,纵向焊缝又将型材分为组织特征完全不同的焊缝区和基体区,造成了型材组织性能的不均匀性;镁合金在挤压及挤后热处理过程中容易发生晶粒异常长大,导致型材力学性能严重下降。针对以上问题,本文结合挤压实验、数值模拟和理论分析等方法,围绕ZK60镁合金分流挤压型材固态焊合与晶粒异常长大行为开展了研究,揭示了横向焊缝和纵向焊缝对型材组织不均、力学性能和耐腐蚀性能的影响规律,明确了不同挤压变形路径的微观组织演变规律,阐明了型材纵向焊缝处和表层晶粒的异常长大机制,提出了一种有效抑制固溶过程纵向焊缝晶粒异常长大的室温预拉伸方法,为镁合金分流挤压型材固态焊合和组织性能的控制提供了理论指导。主要研究工作如下:（1）研究了镁合金型材分流挤压过程中横向焊缝的形成及演变过程,分析了关键模具结构和挤压工艺参数对横向焊缝延伸长度的影响规律,建立了横向焊缝与型材性能的联系,为横向焊缝最佳切除位置的确定提供了依据。研究表明,材料流速以及坯料和模具型腔之间的粘着摩擦是影响横向焊缝演变和延伸长度的关键,低挤压温度、高挤压比、高挤压速度以及合理的阻流块能够有效缩短横向焊缝延伸长度。横向焊缝界面上存在一定数量的氧化物和杂质粒子,界面两侧新、旧坯料的微观组织存在明显差异,进而恶化了型材的力学性能,并改变了镁合金型材的断裂模式。距离停车痕越远位置的型材,横向焊缝界面氧化物和杂质颗粒的密度、尺寸逐渐减小,新、旧坯料的微观组织特征逐渐接近,强度和断后伸长率逐渐回升并接近型材基体的拉伸性能。（2）研究了镁合金分流挤压型材微观组织不均的产生机制,明确了纵向焊缝和挤压速度对型材组织均匀性的影响规律,建立了挤压速度、微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的联系。研究表明,镁合金型材截面不同位置处金属的温度、应变和速度存在很大差异,导致动态再结晶和晶粒长大程度的不同,这是型材出现组织不均的根本原因。纵向焊缝将型材分成了包含均匀等轴晶的焊缝区和表现出混晶特征的基体区,进一步加剧了型材的组织不均。随着挤压速度的提高,型材平均晶粒尺寸增大,析出相密度降低,基体区动态再结晶程度提高,型材微观组织均匀性得到显著改善。较高的挤压速度造成型材强度和断后伸长率的下降,但提高了焊缝区的耐蚀性,改善了焊缝区和基体区腐蚀行为的不一致。（3）研究了纵向焊缝、组织不均、拉伸温度和加载方向对镁合金型材变形行为和力学性能的影响规律。研究表明,低温拉伸时型材焊缝区变形由位错滑移和少量孪生控制,而孪生在协调基体区粗大晶粒的塑性变形方面发挥着重要作用。沿挤压方向（Extrusion direction,ED）低温拉伸时,型材变形由基面滑移和少量孪生控制,宏观上表现为滑移主导的变形;沿横向低温拉伸时,型材变形由基面滑移、柱面滑移和孪生共同协调,宏观上为孪生主导的变形。随着拉伸温度的升高,锥面滑移被激活,孪生逐渐消失,焊缝区和基体区的变形机制趋于一致,而且加载方向对变形机制的影响逐渐减弱,所有试样的变形均由滑移主导。当拉伸温度超过300℃时,焊缝区晶粒的晶界滑移被激活,导致焊缝区沿挤压方向拉伸时出现了超塑性现象。均匀细小的晶粒结构使沿挤压方向拉伸的焊缝区表现出最好的室温力学性能。随着拉伸温度的提高,型材强度急剧下降,但不同位置处的拉伸性能趋于一致。（4）研究了挤压过程中镁合金型材纵向焊缝区晶粒的异常长大机制,揭示了挤压温度和挤压速度对焊缝区晶粒异常长大和型材力学性能的影响规律。研究表明,部分晶粒在晶粒尺寸和高能晶界优势以及亚晶界能和晶界能的驱动下发生了异常长大,而析出相的不均匀分布抑制了其余晶粒的正常长大,以上两方面是导致镁合金型材焊缝区晶粒在分流挤压过程中异常长大的主要原因。焊缝区还存在未发生异常长大的小晶粒,其演变是动态再结晶和晶粒长大相互竞争的结果:在分流阶段,动态再结晶的发生促进了晶粒的细化和＜10-10＞-＜11-20＞双纤维织构的形成;在焊合和挤出阶段,晶粒长大占据主导地位,同时织构转变为＜10-10＞纤维织构。挤压过程中焊缝区晶粒的异常长大造成了型材硬度和拉伸性能的下降,高的挤压温度和挤压速度会提高异常大晶粒及其周围小晶粒的尺寸、降低析出相密度,从而降低型材强度和断后伸长率。（5）研究了固溶过程中镁合金型材纵向焊缝区晶粒的异常长大机制,阐明了固溶时效制度对型材微观组织、力学性能和腐蚀行为的影响规律。研究表明,镁合金型材焊缝区晶粒在固溶过程中发生了异常长大,较高的固溶温度可以缩短晶粒异常长大的孕育时间,提高长大速度和最终尺寸。储存能梯度是固溶过程中焊缝区晶粒异常长大的主要驱动力。数量少、储存能低的＜11-20＞//ED晶粒会吞并数量多、储存能高的＜10-10＞//ED晶粒,从而发生取向依赖性的异常长大以降低体系能量。此外,高比例的高能晶界使＜11-20＞//ED晶粒更容易摆脱第二相粒子的钉扎作用。对于未发生异常长大的晶粒,当其静态再结晶和晶粒长大被激活时,大量储存能被消耗,使异常大晶粒和其相邻晶粒之间的储存能梯度消失,晶粒异常长大终止。随着固溶时间的延长,型材强度和断后伸长率逐渐下降,但其耐腐蚀性能得到显著改善。时效过程中产生了大量细小析出相,提高了型材屈服强度,但造成了型材耐腐蚀性能的下降。焊缝区晶粒的异常长大进一步降低了型材力学性能,但极大地提高了型材的耐腐蚀性能。（6）为抑制固溶过程中镁合金型材纵向焊缝区晶粒的异常长大,提出了基于室温预拉伸的工艺方法,研究了预拉伸对晶粒异常长大的作用机理及其对力学性能的影响规律。研究表明,室温预拉伸重新分配了型材中不同取向晶粒的尺寸和储存能,阻碍了晶粒的取向依赖性异常长大,预拉伸还引入了高密度位错和一定数量的孪晶、层错,促进了固溶过程中静态再结晶的发生,从而实现了对焊缝区晶粒异常长大的有效抑制。随着预拉伸变形量的增大,固溶后焊缝区晶粒的尺寸逐渐减小,而基体区晶粒的尺寸先增大后减小。室温预拉伸还提高了析出相密度,改变了主要析出相的类型。随着预拉伸变形量的增加,固溶以及固溶时效后的型材强度先降低后提高,而型材断裂机制由混合断裂转变为韧性断裂。（7）研究了镁合金型材表层晶粒的异常长大机制,阐明了型材表层组织的演变规律及其对硬度和摩擦磨损性能的影响规律。研究表明,表层材料在分流挤压过程中经历了较高的温度和应变,极易在挤后空冷过程中发生晶粒异常长大,并在型材长度方向上存在不均匀性。离料头较近的型材部分,在分流挤压过程中经历了相对较低的温度和应变,析出了大量第二相粒子,不利于动态再结晶和晶粒长大的进行,其表层组织由＜11-20＞//ED的异常大晶粒、＜10-10＞//ED的粗大变形晶粒和细小再结晶晶粒组成。离料头较远的型材部分,材料的变形温度和应变随挤压的进行逐渐升高,析出相密度逐渐降低,极大地促进了再结晶的发生,随后部分＜11-20＞//ED晶粒发生优先长大并覆盖整个表层。表层晶粒的异常长大对型材的硬度和摩擦磨损性能产生了不利影响。