镁合金塑性成型能力差，变形加工中常出现破裂、失效等问题，其根源是相关的微结构机制模糊不清。本文运用基于平面弹性复势方法的局部应变位错核模型及晶体旋转缺陷模型，采用光学金相表征及电子背散射衍射检测技术(EBSD)，针对粗、细晶镁合金的塑性变形及断裂微观机制，进行了理论分析和实验验证。　　粗晶镁合金中断裂主要起源于晶粒内孪晶交叉等位置的位错塞积所导致的应力集中。本文运用应变核位错模型和格林积分的方法模拟并计算了孪晶变形域的局部应力场和裂纹尖端的应力强度因子。结果表明：孪晶交叉是脆性裂纹的主要起源（相应的EBSD证据可支持此结论），裂纹成核的临界载荷随晶粒直径尺寸(d)的减小而增大，其对d的依赖与经典的Hall-Petch关系相似；裂纹成核的临界载荷和临界尺寸随障碍孪晶厚长比(q)增大分别增大和减小；裂纹会沿着孪晶界扩展，在高密度孪晶区域和孪晶交叉处易发生偏折（相应的金相表征可支持此结论）。　　细晶镁合金中断裂主要基于析出相破裂和三叉晶界处的空洞成核。本文运用晶体旋转向错模型模拟了析出相/基体界面裂纹尖端应力集中诱导的纳米孪晶对细晶镁合金的韧化效应。研究发现：在纳米孪晶的韧化作用下，界面断裂韧度很大程度上取决于析出相的尺寸和分布，最佳的析出相尺寸和分布规律可以显著增强界面，该结论与已知的实验结果相符，纳米孪晶韧化效应的研究可从根本上弥补经典模型对断裂韧度的低估。此外，本文还探讨了晶体超塑性变形的协调机制之间的竞争和干涉机理，理论模拟并分析了细晶镁合金超塑性变形过程中晶界滑移协同迁移对析出相自身开裂的影响。结果表明：析出相破裂和晶界迁移是两种典型的协调机制，可分别协调晶界滑移在析出相界面和三叉晶界处的应力集中，延续塑性变形；较大半径析出相周围应变累积易导致析出相自身的断裂；随着析出相和镁基体剪切模量比的增加，析出相的断裂韧度显著提高；除了析出相的硬化及细化，基于晶界迁移的再结晶过程也可弱化建立在析出相开裂基础上的协调机制，提高细晶镁合金的断裂韧度。　　本文的细观力学机理研究可定位提升断裂韧度的微结构及工艺参数，帮助优化塑性变形工艺并提升镁合金塑性变形加工的产品成材率。