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强度低、塑性差是阻碍镁合金作为结构件在工业领域广泛应用的瓶颈问题。室温下镁合金最易开启的变形模式是基面滑移和拉伸孪生，而锥面滑移和柱面滑移由于临界分切应力较高不易开启。虽然室温下基面位错滑移易开启，但基面位错滑移不能协调c轴方向的变形。孪生是室温下协调c轴方向变形的主要机制，其在镁合金的塑性变形过程中占有极其重要的地位，对镁合金的强度、塑性有重要作用。镁合金中最常见的两种孪晶为{10(1)2}拉伸孪晶和{10(1)1}压缩孪晶。然而，由于对孪生机理，包括孪晶界的界面结构，孪晶的形核、长大，至今尚未完全弄清楚，甚至备受争议，以致于近年来利用孪晶改善镁合金力学性能的效果并不理想。因此，对孪生机理展开研究，有助于为进一步探究提高镁合金的综合力学性能提供理论依据，对促进镁合金的应用具有重要的理论和现实意义。 对{10(1)2}孪晶，本文通过巧妙的实验设计，先沿着轧制方向(RD)预压引入{10(1)2}孪晶界，再沿着RD和轧板法线方向(ND)的45°压缩引入基面位错，从研究位错-孪晶交互作用过程中的组织演变入手，阐明了BP/PB界面的形成机制，{10(1)2}孪晶界的演变规律以及{10(1)2}孪晶的长大机制。并在此基础上研究了位错的引入对{10(1)2}孪晶组织稳定性的影响，BP/PB界面的稳定性以及基面位错与{10(1)2}孪晶交互作用对孪晶形核的影响，揭示了位错-{10(1)2}孪晶交互作用对孪晶形核的影响规律，表征了新形核孪晶的孪晶界面结构，探讨了新形核孪晶的形核机理以及新形核孪晶与预引入{10(1)2}孪晶的交互作用。 对{10(1)1}孪晶，本文系统的表征了{10(1)1}孪晶界面结构以及尖端结构，探讨了{10(1)1}孪晶界极大的偏离{10(1)1}孪晶面的原因。同时，本文利用第一性原理，从抑制{10(1)1}孪晶界微裂纹形核的角度出发，模拟了合金元素的{10(1)1}孪晶偏聚能以及加强能，讨论了利用合金元素抑制{10(1)1}孪晶界微裂纹形核从而强化{10(1)1}孪晶的潜力。 主要结论如下: ①研究了BP/PB界面的形成机制。位错的引入不会影响片层状的{10(1)2}孪晶形貌，但会影响{10(1)2}孪晶的界面结构。BP/PB界面是位错与{10(1)2}孪晶交互作用形成的，且随着位错的逐渐增多，BP/PB界面的数量逐渐增多。 ②探讨了位错的引入对孪晶组织稳定性的影响以及BP/PB界面的稳定性。无论是否引入位错，在150℃和250℃分别热处理6小时后，孪晶片层组织都能稳定存在。当热处理温度为350℃，引入位错的孪晶组织2小时已基本全部消失，而未引入位错的孪晶组织热处理2个小时后部分孪晶消失，热处理6个小时后基本全部消失。在片层状孪晶组织不消失的前提下，低温和较高温度下长时间热处理后BP/PB界面仍能稳定存在。 ③{10(1)2}孪晶界对基面位错的吸纳能力有限。当沿着RD和ND的45°的应变不足14％时，基面位错滑移是主要的变形模式;当应变达到14％时，孪晶界不再吸纳基面位错从而导致开启了新的变形模式。 ④位错-{10(1)2}孪晶交互作用会对孪晶形核产生影响。当沿着RD和ND的45°的应变在5％-14％之间时，BP/PB界面是位错-{10(1)2}孪晶交互作用形成的;当沿着RD和ND的45°的应变达到14％时，{10(1)2}孪晶从预引入{10(1)2}孪晶的基体中形核，而{10(1)3}和{30(3)4}孪晶从预引入{10(1)2}孪晶的孪晶界上形核。{10(1)2}孪晶形核是基体内基面位错的非平面分解形成的;{30(3)4}和{10(1)3}孪晶形核是孪晶内的基面位错与{10(1)2}孪晶界上的残余位错反应形成的。 ⑤{10(1)2}核心的孪晶界由完全共格的{10(1)2}孪晶界和BP/PB界面组成;{30(3)4}核心的孪晶界由完全共格的{30(3)4}孪晶界、第四锥面-柱面{10(1)4}‖{10(1)0}和柱面-第四锥面{(1)010}‖{(1)014}界面组成;{10(1)3}核心的孪晶界由完全共格的{10(1)3}孪晶界、基面-第一锥面{0002‖{10(11)}(BPy)和第一锥面-基面{(1)01(1)}‖{0002}(PyB)界面组成。新形核{30(3)4}和{10(1)3}孪晶与预引入{10(1)2}孪晶的交互作用均形成一条低角不对称倾斜晶界，取向差分别为22.9°和22.3°。 ⑥研究了{10(1)1}孪晶的孪晶界面结构以及尖端结构。{10(1)1}孪晶界极大的偏离{10(1)1}孪晶面，偏差大概8°，极大偏离的原因是应变协调导致孪晶界取向差的增大。在一个{10(1)1}孪晶中六种界面可以共存，分别为{10(1)1}共格孪晶界、{(1)01(1)}‖{0002}锥面-基面(PyB)界面、{0002}‖{10(11)}基面-锥面(BPy)界面、{(1)010}‖{10(1)3}柱面-第三锥面(P3Py)界面、{10(1)2}共格孪晶界和BP/PB界面。此外，{10(1)1}孪晶尖端是尖的和不对称的，{10(1)1}孪晶尖端由{0002}‖{(1)01(1)}基面-锥面(BPy)和{10(11)}‖{0002}锥面-基面(PyB)界面组成。 ⑦溶质原子除了T1和Pb外，加强能均为负。综合考虑偏聚到孪晶的倾向性和加强孪晶界的可能性，构建了选择最有效合金元素的设计图(图6.10)。该图左下角的元素抑制{10(1)1}孪晶界的微裂纹形核最有效，包括Ce、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Lu、Zn、Ag、Sc、Y、Mn和Zr，其中Mn和Zr偏聚和强化的倾向性最大。