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镁及其合金是一类特点鲜明的材料。其优点如密度小，比强度和比刚度高等特点与当今世界对新材料性能的需求趋势相当符合，因此能获得很大的关注。变形态镁合金又因加工过程基本消除了铸造缺陷而拥有相对较高的力学性能。但由于镁合金晶体结构和变形方式的特殊性，经过变形工艺生产出的镁合金部件往往具有很强的织构，并在不同的宏观取向上表现出力学性能的较大差异。同时由于镁元素本身的活性导致镁合金性能对所处环境的敏感程度较高。这两大问题对变形态镁合金作为结构材料在实际条件下的应用有很大影响。
本论文考察了传统商用挤压态镁合金和一种新开发的添加了稀土元素的挤压态镁合金的疲劳与断裂行为特点，讨论了合金内部组织和晶粒取向以及外部的大气环境对镁合金高周疲劳行为的影响，另外还探讨了表面保护处理对镁合金腐蚀疲劳行为的作用。通过对相关实验结果的分析，加深对镁合金疲劳失效行为的理解，并为开发具有更好的抗疲劳破坏能力的镁合金提供了思路。
(1)对传统挤压态AZ31(Mg-3Al-1Zn，wt.％)镁合金进行高周疲劳实验。这类合金由于在变形过程中形成很强的织构，抑制了沿挤压方向加载时基面滑移的开动并使{1012}<1011>变形孪生仅在压缩受力情况下开动，因此这类合金往往具有明显的非对称拉伸-压缩屈服行为。这一特性导致在材料受到交变载荷的作用时，滑移承载塑性变形能力不足，而孪生-退孪生机制被迫开动来承担较大量的塑性变形。孪生变形本身的不均匀性使得在循环过程中，孪晶带附近应变局部化程度偏高，材料疲劳损伤程度加重，最终导致疲劳裂纹优先沿孪晶带萌生，削弱了材料的整体疲劳性能。
(2)通过超声疲劳加载方法对挤压态AZ80(Mg-8Al-0.5Zn，wt.％)镁合金进行高周疲劳实验，一方面肯定了由AZ31合金所做实验的可靠性，另一方面可以获得特征清晰的疲劳断口用以考察裂纹尖端应力强度因子大小和裂纹尖端循环塑性区尺寸的关系。在估算AZ80合金裂纹尖端循环塑性区尺寸时，把材料的拉伸-压缩非对称屈服行为引入对裂纹尖端塑性流变过程的分析，修正了传统的估算模型，并获得相对更加合理的结果。这一过程提示了在处理类似可能存在拉伸压缩非对称行为或具有其他一些特性的材料时，需要综合判断传统的分析结果是否合理，必要时要对传统分析模型进行修正。
(3)挤压态GW123k(Mg-12Gd-3Y-0.5Zr，wt.％)镁合金由于存在大量弥散分布的析出相粒子和固溶原子，在经过热挤压变形时再结晶形核取向大大分散，从而获得比较随机的织构分布。这类合金基本消除了变形态镁合金中经常见的力学性能各向异性尤其是拉伸压缩屈服非对称性，并使得变形孪晶很难开动。在循环加载的过程中滑移成为材料变形的主要承载方式。材料的应变局部化现象减弱，滑移带、晶界和内部夹杂物都成为可能的裂纹萌生源。由于没有占主导地位的裂纹萌生机制，GW123k合金的疲劳裂纹萌生过程更加困难，抗疲劳破坏能力相应得到提升。这些结果提示我们可以通过促进材料的均匀化变形来获得更好的综合疲劳性能。
(4)分别在低应变速率和高应变速率，真空环境和大气环境中进行挤压态GW123k合金与AZ31合金的拉伸实验。在真空或者高速加载条件下，GW123k合金的拉伸延伸率比其在空气中低速加载条件下有明显提升，同时拉伸强度也略有提升。挤压态AZ31合金在真空或者高速加载条件下则表现出与空气中准静态加载类似的拉伸性能。据此判断GW123k合金力学性能对空气环境的敏感性比AZ31合金要高，也说明如果不考虑环境因素的影响，GW123k合金的本征疲劳性能可能比AZ31合金的疲劳性能更为优越。
(5)通过表面微弧氧化处理在GW123k合金表面生成一层硬度高耐蚀性能良好的陶瓷膜层。膜层主要由Mg2SiO4，MgO，Mg2Al2O4，Mg7F2(SiO4)3几种相组成，厚度约为20μm。膜层结构中存在一些孔洞缺陷，其致密度从外表面到内部逐渐升高。在膜层与基体的过渡处，两者结合非常紧密。经过表面镀膜处理的镁合金腐蚀疲劳性能明显提升。在低加载应力下镀膜后样品的腐蚀疲劳寿命增加最为明显；随着加载应力水平升高，镀膜处理对样品腐蚀疲劳寿命的提升效果逐渐减弱；当最大加载应力高于某一量级后由于膜层本身早期破坏导致对基体材料的保护作用消失，不能提高样品的抗腐蚀疲劳性能。
(6)综合比较了GW123k合金在空气中拉伸、空气中疲劳、腐蚀溶液中疲劳的断口形貌，可以发现在靠近优先破坏的断口区域总有一些准解理破坏的断裂特征，显示了该合金的力学行为在几种实验条件下都不同程度的受到环境的影响。这也提示我们可以通过改善这一系列合金的抗腐蚀能力来进一步提高合金的使役性能。