等通道转角挤压(equal-channel angular pressing，ECAP)是剧烈塑性变形(severe plasticity deformation，SPD)方法中最典型的一种，采用ECAP加工可以有效地细化金属的显微组织，提高合金塑性变形性能。目前对ECAP的研究主要集中在立方结构金属上，对六方结构金属的ECAP研究相对较少。另一方面，由于塑性变形能力很低，密排六方结构(HCP)金属在产业上的应用受到很大限制。其中，镁合金塑性变形的问题在HCP金属中具有代表性。作为密度最小的的金属结构材料，镁合金良好的导热热性能、阻尼性能、电磁屏蔽性能和可回收性都是工程塑料无法比拟的。本文利用ECAP方法对镁合金施加剧烈塑性变形，通过细化镁合金的组织，全面改善其力学性能和变形能力，这对于拓展镁合金的应用有显著的意义。　　 本文自行设计和制作了三维旋转等通道挤压(3D-RD ECAP)挤压装置，从计算机模拟和实验研究两个方面对AZ31、ZA31和ZA62三种镁合金的ECAP过程，以及ECAP加工后试样的组织和性能进行了系统的研究。　　 首先，利用有限元模拟软件DEFORM3D对3D-RD ECAP过程进行仿真。结果显示，在ECAP过程中，尤其是在通过剪切面之后，试样各部位受到的应力差异很大，而且应力随着变形的进行不断变化，总的来说，试样上表面主要受拉应力的作用，而试样下表面主要受压应力作用，这对试样不均匀等效应变的形成有重要影响。摩擦系数μ对应变的影响是有限的。在正常的摩擦条件下（μ≤0.32），等效应变分布的差别不大，只有在摩擦系数足够大时(μ＝0.4)，试样的应变分布才会有比较明显的变化。对1至3道次3D-RD ECAP的FEM模拟发现，提高ECAP道次对提高变形的均匀性有明显的效果。从3道次的模拟结果看，按A’路径ECAP后试样内部的均匀性最好，BC路径和BA路径次之，且相差不大，按C路径挤压的均匀性最差。　　 在有限元模拟的基础上，本文研究了不同初始晶粒尺寸的AZ31镁合金在ECAP过程中和ECAP之后的显微组织的特点，以及不同路径和挤压道次的AZ31镁合金的显微组织、力学性能和硬度值分布。研究发现，孪晶机制在镁合金晶粒细化过程中起到重要作用。在ECAP的微变形阶段，挤压态和退火态试样的晶粒内部都形成了大量的孪晶，在剪切变形阶段这些孪晶会成为动态再结晶的形核中心。金相观察和硬度分布表明，一道次ECAP后试样的各部位的显微组织和力学性能呈现出明显的不均匀的特征，相对来说，初始晶粒尺寸较大的试样变形后不均匀性更加明显。3D-RD ECAP的4种路径对晶粒细化以及变形的均匀性的影响顺序为:BA（最均匀），A，BC，C。增加ECAP道次会降低试样的不均匀性，在473K下ECAP6道次后，AZ31镁合金晶粒细化接近极限，此时平均晶粒尺寸约为4.7μm，屈服强度和抗拉强度分别为167MPa和266MPa，延伸率达到30％。传统ECAP中的经典的滑移系模型无法解释3D-RD ECAP中的路径的影响规律。对两种ECAP的路径（传统ECAP和3D-RD ECAP）进行比较后发现其路径之间有一一对应的关系，而这种关系也与路径对材料的变形均匀性的规律吻合。对于3D-RD ECAP，路径对变形的均匀性的影响并不仅仅取决于剪切面夹角和滑移方向，还与连续挤压道次之间的旋转方式有关。当选择的路径能够使试样的每个表面都有相同的机会处于不同位置，则最有利于试样均匀变形。　　 此外本文还对ZA系镁合金中的单相合金ZA31和和多相合金ZA62进行了ECAP研究。研究显示，ECAP可以显著改善ZA系镁合金的显微组织。ZA31镁合金在473K下经过1道次ECAP后晶粒尺寸从17μm下降到11μm，6道次后晶粒尺寸下降到7μm。ZA62镁合金的晶粒在ECAP之后也得到明显的细化，并且初生的中间相在ECAP之后破碎成小颗粒，形成沿挤压方向排列的带状组织。经过473K下8道次加433K下2道次ECAP后，ZA62镁合金的晶粒尺寸从100μm下降到约2μm。实验还发现，ECAP会诱发ZA系镁合金的沉淀相变。1道次ECAP后的ZA31镁合金基体中有大量细小弥散的MgZn相析出，增加到6道次后，析出相的尺寸还会有明显的长大。ZA62镁合金经过多道次ECAP之后有大量Laves结构的椭球状或者球状的MgZn2相析出。此外，组织中还发现了少量的Mg-Zn-Al三元准晶。ECAP明显地改善了ZA31和ZA62镁合金的力学性能。ZA31镁合金经过473K1道次ECAP后在室温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为275MPa、180MPa和22％。ZA62镁合金经过473K2道次加433K8道次ECAP的试样抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为323MPa、270 MPa和13.3％。高温拉伸实验表明，随着ECAP道次的增加，ZA62镁合金在高温下的延伸率和应变速率敏感性指数m有逐渐提高的趋势。经过473K2道次加433K8道次ECAP的ZA62镁合金在473K-573K获得了超塑性，m值可以达到0.45，在573K和1.0×10-3s-1的拉伸条件下的延伸率达到520％。