金属材料在工程上具有广泛的应用,其中铝合金与镁合金作为轻金属在工程界扮演着举足轻重的角色。对于实际工程而言,力学性能是材料选择的一项重要指标。一些重要的工程结构部件需要在高温环境中长期服役,而这些服役材料的破坏机理及其变形相关研究对工程设计尤为重要。本文对两种常用的铝合金(5083)与镁合金(AZ31B)材料的疲劳及其时间相关特性进行了探索,并借助微观实验设备,对材料变形的物理机理进行了分析。在工程中,外部载荷的形式多种多样,疲劳载荷尤为常见,从而备受科研与工程人员的关注。因此,分析材料疲劳损伤的机理是本文的一大主要内容。此外,以蠕变为代表的时间相关特性也极大地影响着材料的稳定性及寿命,合理精准地将材料的变形行为与时间相关特性联系在一起并给出精准的描述是本文另一重要目的。本文首先探索了常温下粗晶粒(Coarse Grained)和通过等通道挤压(Equal Channel Angular Pressing)制备的超细晶粒(Ultrafine-grained)5083铝合金材料的疲劳性能。对两种不同晶粒尺寸的5083铝合金进行了疲劳实验。详细研究了两种晶粒尺寸的5083铝合金从低周疲劳到高周疲劳乃至超高周疲劳的力学性能。在塑性应变幅值较大的情况下,超细晶粒铝合金中的裂纹萌生相对粗晶粒材料更加容易;并且超细晶粒材料(裂纹主要萌生于金属夹杂)具有更好的抑制微裂纹扩展的能力。在超细晶粒材料中,微裂纹在大的晶粒中一般穿过晶粒扩展,在较小的晶粒处通常沿着晶界扩展。由于裂纹之间相互屏蔽、合并,超细晶粒材料在塑性应变控制的低周疲劳实验中显示出了较弱的抵抗疲劳的性能。在应力控制的高周疲劳实验中,疲劳寿命低于2×10~6时,超细晶粒材料的高周疲劳寿命与粗晶粒材料的高周疲劳寿命相差无几;在疲劳寿命不超过5×10~8时,超细晶粒材料的疲劳寿命比粗晶粒材料的疲劳寿命高43%。在疲劳寿命超过5×10~8之后,超细晶粒材料的破坏面上可以发现“鱼眼”图案,意味着裂纹萌生从试验件表面转向了试验件的内部。基于实验结果,本文采用损伤力学知识对超细晶粒材料的抗疲劳能力在疲劳寿命大于5′10~8后的下降进行了解释。此外,本文将考虑损伤演化的蠕变应变率方程与循环塑性本构模型相结合,模拟了粗晶粒5083铝在200℃下的蠕变及相关塑性行为,并展开相应的讨论。为了研究393K与常温下轧制AZ31B型镁合金的时间相关性的变形机理,本文设计了三类实验,包括变速率实验,蠕变实验以及应力松弛实验。在两种温度下,材料的拉伸曲线均表现出对加载速率的敏感性,但压缩曲线却对加载速率不敏感。本文在蠕变与应力松弛实验中分别观测了蠕变应变与衰减应力,通过对比压缩和拉伸实验结果,发现压缩蠕变应变和衰减应力均微小于拉伸蠕变应变和衰减应力。由于非基面滑移是对温度敏感的,因此在393K下材料的黏塑性较常温有了一定的增加。通过热激活理论分析发现,交叉滑移和位错成核是蠕变和应力松弛的重要变形机制。随后,本文设计了不同应变幅值下变应力率控制的拉压循环实验,研究了393K与室温下AZ31B镁合金低周疲劳特性,分析了棘轮变形中位错、孪晶以及去孪的影响。从实验结果得知,AZ31B镁合金的棘轮行为是与温度相关的,在393K下棘轮应变的积累比常温更加明显。加载速率对棘轮的影响也与温度相关,在393K下棘轮表现出明显的对加载率的敏感性,而在室温下加载速率对棘轮行为的影响非常微弱。本文发现并讨论了“棘轮回复”现象,探究了不同形状迟滞圈的主导变形机理以及温度对应变幅值的影响。最后,为了探究AZ31B镁合金的疲劳蠕变耦合特性,本文设计了一系列棘轮蠕变耦合实验,探讨了平均应力、载荷顺序等变量的影响。实验结果表明。当平均应力较大时,棘轮应变的累积主要是由蠕变导致的。而当施加载荷的平均应力较小时,棘轮应变的定向移动则与孪晶/去孪行为相关。