镁合金具有低密度,高的比强度、比刚度,好的减震性、阻尼性,优良的铸造性能、切削加工性能,已经广泛应用于汽车、航空航天、通信等领域,被誉为21世纪“绿色”工程材料。挤压铸造是一种实现铸锻相结合的先进成形工艺,由此工艺生产的铸件晶粒细小、致密度高、缩松小、力学性能优良,已成功应用于铝合金、铜合金等合金的实际生产中。近年来,挤压铸造理论与应用的研究受到越来越多的学者和企业所重视,但关于镁合金挤压铸造成形机理方面的研究确很少,已严重制约了镁合金挤压铸造技术的推广。同时,我国是镁资源大国,也是镁生产大国,镁合金使用具有重要的战略意义。因此,研究镁合金挤压铸造成形机理对推广高性能镁合金铸件的使用具有显著意义和紧迫性。论文利用正交试验方法研究了挤压铸造工艺参数中浇注温度、模具温度、挤压速度对不同壁厚镁合金流动性的影响规律。正交试验结果表明,对壁厚4mm以下试样的流动性影响最大的因素是浇注温度,其次是模具温度,挤压速度；对4mm试样的流动性影响最大的因素是模具温度,其次是浇注温度,挤压速度。在镁合金挤压铸造实际生产过程中,浇注温度在700℃到750℃变化时,增加浇注温度对提高AZ91D镁合金的流动性是有利的；对厚壁铸件(3mm和4mm)通过提高模具温度而增加镁合金的充型能力是非常有效；增加挤压速度,合金流动性也有所增加。对镁合金熔液充型停止流动机理进行分析,并采用一种半定量的计算方法来表述镁合金的充型能力,得出镁合金充型长度的半定量数学表达式。对金属液充型过程的流体力学分析表明,当金属液以设定的充型速度充型时,充型特性受流体特性(粘度、表面张力)、流道特性(铸件壁厚和内浇道形状)、充型流动距离等因素的影响。数值模拟与实验研究表明,对6mm厚平板,低的充型速度(<186.8mm/s)容易造成金属液流前沿波动较大,充型过程不平稳,同时也降低了合金的流动性,在铸件最后充型部位容易形成浇不足、冷隔等缺陷；高的充型速度(>933.8mm/s)虽然提高了生产效率,但容易形成喷射流,造成卷气缺陷。对12mm平板,在相同的充型速度下,采用扇形内浇道的充型过程比采用矩形内浇道充型平稳,同时扇形内浇道也能以不高的速度完成快速充型,从而避免喷射流的出现。对挤压铸造AZ91D镁合金在不同状态下的显微组织、力学性能以及断裂行为进行了测试和分析,得出挤压铸造AZ91D镁合金铸态、T4态和T6态的硬度、屈服强度、抗拉强度力学性能指标随着试样壁厚的增加而减小,而延伸率随着试样壁厚的增加而增加。以8mm厚试样为分析对象,T4处理后的抗拉强度和延伸率分别达到205MPa、7.0%,其中与铸态相比较,延伸率提升幅度较大,硬度和屈服强度略有下降：T6处理后的硬度和屈服强度显著提高,其中屈服强度与T4态相比较,提升幅度为44.2%,抗拉强度也出现小幅提高,但是延伸率则有所下降。铸态AZ91D镁合金断口以脆性断裂为主,断口比较平整,断口出现的撕裂韧窝和撕裂棱数量比较少。经固溶处理处理后,AZ91D镁合金断裂模式为准解理断裂,断口出现了发达的河流花样和由撕裂棱连接的较大解理刻面,而在撕裂棱周围也出现了一些深浅不一的韧窝。经固溶时效处理后,AZ91D镁合金断口中也分布了一些细小的河流花样及少量较浅的韧窝,但断口整体表现为为沿晶断裂。通过理论分析与微观组织分析,研究了镁合金间接挤压铸造中冷夹层的形成机理。显微组织分析发现,冷夹层像一层保温膜,将铸件分割为两部分,导致夹层两侧组织明显不同；对冷夹层进行EDS能谱分析表明,冷夹层中高亮质点处主要存在O、Mg、Si三种元素,说明冷夹层中形成了高熔点的氧化物以及冷夹层表面存在污染,冷夹层不易重熔。进一步分析指出消除间接挤压铸造铸件中冷夹层的必须保证浇入到压室内的镁合金液具有一定的过热度,并使冷凝层进入模具型腔时被破碎与重熔。从理论上分析了冷凝层重熔的温度条件并给出了相应的计算公式。适当提高压室温度和浇注温度,可减少压室内冷凝层的厚度,有利于冷凝层的破碎和重熔；在压室内壁均匀涂上一层合适的涂料,降低了压室的导热能力,也可减少冷凝层的厚度；减少镁合金熔液在压室中的停留时间和采用机械方法也可以减少或消除铸件中的冷夹层。