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随着科学技术飞速发展,微型化产品的需求量日益增加,特别是在形状尺寸和操作尺度都极小的微型机械系统中。在巨大的发展前景和市场潜力下,微成形技术成为了各国专家和学者的研究热点。微塑性变形并不是传统宏观塑性变形工艺的等比例缩小,随着坯料尺寸的减小,变形过程中所受的摩擦力大幅增加,材料呈现出各向异性,且流动不均匀,表现出与宏观尺寸坯料的塑性变形过程不同的特点,即是微成形工艺中的尺寸效应现象。等径角挤压工艺(ECAP)可通过剧烈剪切变形制备出综合力学性能良好的细晶材料,可有效弱化由微观晶粒度引起的尺寸效应现象,同时改善材料对微细型腔的填充性能,因此将ECAP工艺与微成形技术相结合是微制造领域的重要研究方向。本文选择99.95%的高纯镁作为研究对象,自行设计等径角微挤压成形(Micro ECAP,M-ECAP)工艺,并借助大型商用软件DEFORM对M-ECAP变形过程进行数值模拟,讨论了变形过程中的材料流动、成形载荷、速度场及等效应力应变的分布情况。并在此基础上,以挤出端凸度作为微挤压件成形品质的评价标准,利用正交试验获得最佳挤压工艺方案。在物理实验环节,本文首先采用ECAP工艺制备细晶纯镁坯料,然后进行M-ECAP微成形,制备出微型试样。通过对M-ECAP试样表面形貌、微观组织及显微硬度的变化分析,讨论材料晶粒尺寸、晶粒分布均匀性以及M-ECAP道次对微成形试样成形品质的影响。结果表明:(1)M-ECAP工艺能有效制备出晶粒细小均匀,形状规整的微型零件,验证了该工艺的可行性,为将来制备高强度、高韧性及耐腐蚀的镁及合金医用微型零件提供了方法。(2)通过对M-ECAP变形过程进行有限元分析,得到结论:M-ECAP成形过程中材料变形不均匀,经过转角主要变形区时,靠近外转角的材料在剪切力作用下获得较大等效应变,流速大于内转角,该现象与传统ECAP相似,且随着挤压道次的增加,试样应变得到有效累积;但由于M-ECAP实验中摩擦尺寸效应的存在,导致试样表面所受摩擦阻力对成形的影响远大于宏观成形,外层金属运动受阻,流动速度小于心部材料,且内外层金属流动速度差随挤压道次的增加而增大,同时挤压载荷呈阶梯性上升。(3)通过对M-ECAP进行正交试验有限元分析,得出结论:将坯料进行4道次ECAP挤压预处理,挤压温度为275℃,摩擦系数为0.05,挤压速度为0.1mm/s时进行M-ECAP变形,得到的成形制件挤出端凸度值最小,材料流动均匀性最好。(4)细晶材料可有效弱化微成形中由晶粒度引起的尺寸效应现象。通过对M-ECAP制件进行表面形貌分析,可以发现,初始微观组织越细小均匀,材料变形均匀性越好,制件形状越规整,尺寸效应现象得到改善。反之,试样表面易产生裂纹,在转角区甚至会发生开裂。(5)通过对M-ECAP制件进行微观组织分析,结果表明:增加挤压道次有利于晶粒的均匀细化,但在位错的增殖与湮灭的共同作用下,细化作用会逐渐减弱,该规律与传统ECAP相同;在摩擦尺寸效应的影响下,制件微观组织会出现外细内粗的环状分层状态,这一现象在宏观成形中不明显;M-ECAP制件在剧烈变形后晶粒显著细化,通过对比发现,坯料的晶粒尺寸对微制件晶粒大小影响不大,但坯料的组织均匀性对制件组织均匀性有明显影响。(6)通过对M-ECAP制件进行显微硬度测试分析,结果表明:在细晶强化的作用下,微制件显微硬度值较坯料有不同程度的增大,同时显微硬度变异系数与坯料相比显著减小,变形更加均匀。