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随着镁及其合金在交通运输和航天航空领域的逐渐推广应用，开发低成本高性能新型镁合金材料尤为重要。在已较多研究的Mg–Zn、Mg–Al和Mg–RE等合金体系外，Mg–Sn系合金具有极大的潜力拓展镁合金的应用范围并降低合金制备成本。本文研究了Cu元素含量对Mg–8.0Sn–2.0Zn合金组织和性能的影响规律及作用机制；分析了基于不同工艺参数组合的热压缩试验的微观组织演变和流变应力应变关系，构建了 Mg–8.0Sn–2.0Zn–0.5Cu合金的应变补偿双曲正弦本构方程、动态再结晶动力学方程和塑性加工图；构建了单相材料及含第二相颗粒材料热处理过程中晶粒长大的CA(Cellular Automaton)模型及热变形过程动态再结晶CA模型，以此研究了第二相颗粒尺寸、热变形参数和初始晶粒尺寸对Mg–8.0Sn–2.0Zn–0.5Cu合金动态再结晶演变的影响；结合本构方程和再结晶动力学模型，对合金热变形过程进行了基于有限元二次开发的模拟，用于预测AZ31和5052合金热压缩变形过程中不同区域的微观组织的演变和差异。本研究得出以下主要结论： ①随着Cu元素含量的增多，铸态Mg–8.0Sn–2.0Zn–xCu合金显微组织细化效果不显著；合金中除Mg2Sn相外，添加Cu元素后生成了MgZnCu相，当Cu添加量较低时，MgZnCu以片层状存在，当 Cu添加量超过1.0 wt%后，出现块状MgZnCu相；不同形貌的MgZnCu相均为面心立方结构，晶格常数α=0.7169 nm。 ②随着Cu含量从0增加至0.5 wt%，挤压态Mg–8.0Sn–2.0Zn–xCu合金强度增加，塑性下降，最高抗拉强度为388.4 MPa，屈服强度为365.9 MPa，对应延伸率为5.8%；Cu添加量持续增加，合金塑性提高，强度下降：1.0 wt%Cu合金的延伸率为8.1%，抗拉强度为360.2 MPa，屈服强度为337.7 MPa；1.5 wt%Cu合金的延伸率为10.4%，抗拉强度为345.5 MPa，屈服强度为313.0 MPa。 ③添加适量的 Cu元素有利于挤压态 Mg–8.0Sn–2.0Zn–xCu合金晶粒细化：Cu含量为1.0 wt%时合金的平均晶粒尺寸为3.3μm，而当Cu含量为1.5 wt%时合金晶粒反而粗化。Cu含量超过1.0 wt%以后，随着Cu含量的增加，挤压态合金中被塑性变形破碎的Mg2Sn和MgZnCu相颗粒的尺寸逐渐增大，颗粒与颗粒之间的间距也逐渐增大，细小颗粒相减少，第二相强化作用减弱，致使合金强度下降，塑性提高。随着Cu含量的增加，挤压态合金的基面织构先减小后增大。 ④基于 Mg–8.0Sn–2.0Zn–0.5Cu合金热压缩试验，研究了不同热变形条件对合金流变应力的影响，借助应变补偿双曲正弦本构方程的数值计算，分析了热变形过程中不同变形量下合金的本构方程参数α、n、Q和lnA随应变的变化。随着变形程度的增加，合金再结晶激活能先减小后增大：应变为0.2、0.6和0.9时，激活能分别为164.68 KJ/mol、144.31 KJ/mol及148.62 KJ/mol。Mg–8.0Sn–2.0Zn–0.5Cu合金的动态再结晶临界应力和稳态应力可简化为σc=0.9σp，σsat=1.07σp，动态再结晶动力学方程可表示为：XDRX=1?exp[?0.85(α-αc)0.76—α*]。 ⑤ Z参数较小时，Mg–8.0Sn–2.0Zn–0.5Cu合金的主要热变形机制为不连续动态再结晶；而Z参数较大时，合金的热变形机制主要为连续动态再结晶。Mg–8.0Sn–2.0Zn–0.5Cu合金塑性加工图表明，该合金的较优热加工参数为300-320℃、0.001-0.01s-1和390-440℃、0.001-1s-1。 ⑥建立了单相材料及含第二相颗粒材料的晶粒均匀长大CA模拟，模拟计算结果表明，以晶界能和曲率驱动的晶界迁移模型能够准确反映合金受热过程中晶粒均匀长大的规律，合金平均晶粒尺寸、晶粒尺寸分布和晶粒几何特征均与试验相符。数值模拟结果重现了第二相颗粒能够抑制晶界迁移，细化组织，使得合金内晶粒尺寸分布范围较广的物理现象。 ⑦建立了动态再结晶CA模型模拟AZ31和Mg–8.0Sn–2.0Zn–0.5Cu合金受位错密度变化驱动的再结晶形核与长大过程，模拟出的热变形流变应力变化与热压缩试验流变结果相吻合。Mg–8.0Sn–2.0Zn–0.5Cu合金的CA模拟结果再现了再结晶晶粒在原始晶粒晶界处形核长大，第二相颗粒作为再结晶晶粒形核点，抑制再结晶晶粒晶界迁移从而起到细化组织作用等现象。模拟结果表明，第二相颗粒尺寸越大，其形核与钉扎晶界效果越弱，动态再结晶晶粒越大，组织越粗大，这种现象印证了第二章Mg–8.0Sn–2.0Zn–1.5Cu合金中化合物尺寸变大致使晶粒粗化的现象。合金的微观组织特征与模拟结果一致，验证了动态再结晶CA模型对典型动态再结晶行为的预测能力。 ⑧基于AZ31和5052合金的本构模型及动态再结晶动力学方程，对ABAQUS有限元软件的子程序 UHARD进行二次开发，计算了圆柱体墩粗热变形过程中不同区域的应力场、应变场和温度场的变化；结合宏观有限元模拟结果与动态再结晶CA模型，预测了AZ31和5052合金热压缩变形过程中不同区域的动态再结晶演变及晶粒特征变化，模拟了热变形体不同区域塑性变形和微观组织演变不均匀性的现象，模拟结果与AZ31和5052合金热墩粗试样不同特征组织的分布规律相吻合。