作为密度最低的金属工程材料,镁合金在轻量化领域赢得了广泛的关注。但是,室温成形差及绝对强度低限制了镁合金的应用。此外,镁合金在塑性变形及再结晶过程中存在的取向性,使镁合金板材呈现出力学性能各向异性及强基面织构特征,进一步局限了镁合金板材的二次加工。因此,本文的研究重点集中于镁合金板材的成分及制备优化从而同时提升力学性能及室温成形性能,并研究静态再结晶过程及塑性变形的取向行为。为了同时提升镁合金板材的力学性能和成形性能,本文通过多元低合金化及铸轧工艺制备了新型Mg-2Zn镁合金板材(TRC-ZA21),并获得了相应的力学性能及室温成形性能。对比常规铸造的Mg-2Zn(IC-Z2)合金及常规铸造的合金化Mg-2Zn(IC-ZA21)合金,基于制备过程中微观组织演变以及第二相析出行为的研究,分析了合金化及铸轧工艺对微观组织的影响,从而揭示了强化机制及力学性能各向异性的影响因素。结果表明:相较于IC-Z2合金板材,TRC-ZA21镁合金板材的力学性能和成形性能同时提升,其轧向屈服强度及室温Erichsen值分别提升了 41.7%和60.6%,达到了 201.2 MPa和6.23 mm。合金元素添加细化了晶粒尺寸、弱化了基面织构并改变了第二相粒子的类型;铸轧工艺则促使更多的纳米级Al-Mn系第二相粒子形成并在基体中均匀分布。TRC-ZA21镁合金基于漫射分布的弱基面织构、细化的晶粒尺寸、高晶界取向差角的晶界以及均匀分布的纳米级第二相粒子实现了镁合金板材强度与成形性的平衡,并提出了高强高成形镁合金材料的设计新思路。为控制镁合金退火过程的取向行为,从而弱化传统镁合金的强基面织构特征,本文借助于盐浴退火试验研究了三种镁合金的静态再结晶行为。结合退火过程中硬度软化、微观组织形貌及晶粒取向等组织及性能变化,分析了不同取向晶粒的长大行为。结果表明:第二相粒子尺寸及分布形态对镁合金的静态再结晶过程具有显著的影响,并使其呈现两阶段特征。粗大的第二相粒子有利于再结晶形核,促进退火初期的再结晶行为;细小第二相粒子可以抑制再结晶行为,降低退火初期的硬度软化。IC-Z2、IC-ZA21及TRC-ZA21的晶粒取向变化也存在差异。IC-Z2合金的基面织构强度先降低后升高,退火后织构组分仍保持基面织构特征。IC-ZA21和TRC-ZA21合金的基面织构强度呈持续弱化现象,退火后存在非基面织构组分。再结晶形核阶段第二相粒子可弱化基面织构,而晶粒长大阶段的基面织构变化与第二相粒子尺寸有关。细小第二相粒子可以阻碍基面取向晶粒长大,减弱了基面取向晶粒择优生长的取向行为,从而调控基面织构。为研究镁合金塑性变形取向性所导致的力学性能各向异性的影响因素,本文对各向异性明显的TRC-ZA21镁合金板材进行了不同载荷方向、不同应变速率的拉伸试验,并获得了相关的应力-应变曲线及力学性能。基于拉伸变形过程的微观组织、晶粒取向及变形机制演变分析,研究了载荷方向和应变速率对力学行为的影响。结果表明:力学性能的各向异性随应变速率增加呈现出不同的变化趋势。受载荷应力作用而产生的晶粒取向转变幅度存在差别,不同载荷方向基面织构强度变化也呈现出差异。晶粒取向变化与塑性变形机制演变也存在内在联系,基面滑移主导了 TRC-ZA21镁合金的拉伸塑性变形,拉伸孪生和柱面滑移也起到一定作用,并由于与载荷方向相关的取向行为而呈现出不同的活性。由于晶粒取向变化,随变形程度增高,孪生行为作用降低,柱面滑移活性增强从而协调应变。而变形机制的取向行为控制了TRC-ZA21镁合金力学性能的各向异性及应变速率敏感性。为分析镁合金塑性变形机制与晶粒取向的关系,本文借助于纳米压入变形研究了不同取向晶粒的变形行为。基于不同取向晶粒的变形机制分析,研究了镁合金变形机制的取向性;并借助于相邻晶粒的取向差异,研究了晶界在塑性变形中的作用,揭示了变形机制间的竞争协调行为。结果表明:晶粒取向及晶界取向差角的不同使纳米力学性能呈现出无规律性。纳米压头直接作用的晶粒变形机制受晶粒取向控制,并遵循Schmid因子准则,呈现出塑性变形行为的取向性。受到压头塑性变形影响的非直接接触晶粒的变形行为还受到晶界影响,并由于相邻晶粒取向差异呈现出不同塑性变形机制的竞争协调行为。低c轴夹角有利于变形机制扩展,相邻晶粒根据Schmid因子准则激活相应变形机制,呈现变形机制的竞争行为。高c轴夹角阻碍变形机制扩展,异类变形机制传播能力增强协调晶粒间的几何适配关系。