镁合金构件能够显著减轻装备总体重量,在航天轻量化领域具有良好的应用前景,其中AZ80镁合金由于其优异的综合性能而受到广泛关注。镁合金的密排六方结构及室温下有限的滑移系,导致难于室温成形。热加工过程晶粒细化是改善镁合金内部微结构并提高力学性能的有效方法,其中等温锻造成形是复杂构件高性能成形的重要途径。由于AZ80镁合金在等温锻造成形中晶粒生长、动态再结晶(Dynamic recrystallization,简称DRX)与第二相钉扎作用复杂并影响构件最终力学性能,这就亟需掌握微观组织演化机理及其演化规律。本文采用实验、理论和数值模拟相结合的方法建立了 AZ80镁合金热变形过程组织演化的相场模型,系统研究了微观组织演变规律,并应用于等温锻造工艺优化。主要研究工作如下:针对AZ80镁合金进行了热变形过程的宏微观实验,重点分析了变形过程加工硬化效应、流动应力敏感性以及DRX软化特征。结果表明,加工硬化及DRX软化均呈现出显著应变速率敏感性及变形温度敏感性;充分DRX及弥散分布第二相可导致应变速率敏感性指数升高,而变形热及第二相含量是影响变形温度敏感性指数的关键因素。基于扩散界面理论,建立了考虑第二相钉扎作用的晶粒生长相场模型。对晶粒生长过程的结果表明,代表晶粒取向的序参量个数大于36时及不同第二相表征系数值对模拟结果影响不大,且考虑晶粒间相互作用的耦合项系数取1.5时能反映真实的对称扩散界面;第二相在高含量、棒状、小尺寸及均匀分布时能够获得更优越的钉扎晶界能力。通过与实验结果对比,验证了所构建相场模型在预测晶粒生长拓扑转变、第二相钉扎作用及其Zener关系的可靠性。采用不同类型序参量进行变形晶粒、再结晶晶粒及第二相的描述,并引入与位错活动有关的变形储存能和考虑钉扎作用的第二相表征因子,建立了热变形中耦合晶粒生长、DRX与第二相钉扎作用的相场模型。模型中考虑了DRX对位错密度软化、第二相与位错作用Orowan强化机制的贡献,较好地反映了 DRX体积分数、第二相尺寸及其体积分数对应力响应的影响。结合硬化率曲线及图解切线法,给出了 DRX起始点及动态回复稳态应力值的判断法则;借助初始DRX阶段流动应力值变化以及位错演化准则,提出了不连续DRX形核率模型中热激活能及应变速率敏感性指数的标定方法,上述模型参数的确定较好地关联了热变形实验获取的宏观应力响应结果。基于拓扑生成方法和构建的相场模型,嵌入AZ80镁合金初始晶粒及第二相的拓扑结构,建立了 AZ80镁合金热变形下组织演化相场模型,并提出了晶粒尺寸不均匀性指数。该模型较好地反映了不连续DRX项链状结构特征、第二相对DRX晶粒的钉扎作用及其宏观力学响应。通过不同热变形条件对组织演化影响规律表明,低含量第二相可促进DRX形核,但由于对晶界钉扎能力较弱,导致Orowan应力强化低于DRX软化作用;高含量第二相可延迟DRX形核,但由于对晶界钉扎能力较强,导致Orowan应力强化超过DRX软化作用。结合AZ80镁合金热变形下相场模拟组织演化规律及变形参数敏感性分析,获得了 AZ80镁合金的热加工细晶窗口。考虑应变敏感性指数与微观组织关系,并保证热加工过程细晶条件,提出了多级变速等温锻造成形的组织调控工艺,成功试制了 AZ80镁合金高筋薄腹板细晶构件,其平均晶粒尺寸等于9 μm,晶粒细化程度达77.5%,最大屈服及抗拉强度分别等于268 MPa及 342 MPa。