镁合金作为最轻质的金属结构材料,在对轻量化需求日益紧迫的汽车和航空航天领域有着广泛的应用前景。然而,镁合金相对较低的强度,严重制约了镁合金的实际应用。沉淀强化是提高镁合金强度最有效的方法之一。镁合金中析出相的强化效果严重依赖于析出相的形貌和取向,普遍认为柱面析出相的强化作用优于基面析出相。因此,理解镁合金中析出相形貌和取向关系的形成并促进析出相沿柱面析出对提高镁合金的时效强化效果至关重要。此外,镁合金中沿孪晶界析出的沉淀相在镁合金组织和性能调控中起着重要作用,因此理解孪晶界析出相的析出行为对开发高性能镁合金具有重要意义。Mg-Al系镁合金是目前应用最广泛的镁合金。本文以AZ80镁合金为研究对象,利用透射电子显微镜（TEM）研究了Mg-Al合金中析出相的晶体学特征,设计并验证了一种调控镁合金中析出相取向的新方法,系统研究了Mg-Al合金中孪晶界析出相的晶体学特征,并重点分析了孪晶界对析出行为的影响。在AZ80合金直接时效过程中,绝大多数连续析出相是具有Burgers OR的基面片状析出相,在局部区域也观察到了一些非基面析出相。在这些非基面析出相中,除了棒状的Crawley OR析出相,还发现了4种新的取向关系。利用边-边匹配模型能很好地解释4种新发现的取向关系。通过耦合孪生-时效-退孪生（TAD）过程,在AZ80合金中得到了平行于{10（?）0}柱面的片状析出相,实现了对镁合金中析出相取向的调控。拉伸和压缩试验证明,柱面析出相具有更好的强化作用,显著提高了AZ80合金的力学性能。发展了一个简洁而有效的晶体学算法,以预测通过TAD工艺形成的柱面析出相与镁基体之间的取向关系,并利用TEM验证了该算法的有效性和准确性。在经TAD工艺处理后的AZ80合金中,实验观察的柱面析出相与基体之间的取向关系有3种,这些取向关系与新算法的预测结果完全一致。经过250 oC退火后,TAD镁合金中的析出相依旧平行于柱面,其取向关系也保留了下来。此外,利用新开发的算法预测了其他系列镁合金中通过TAD工艺形成的柱面析出相与基体之间的取向关系。在预变形退火后的Mg-Al合金中,大量Mg17Al12相沿{10（?）2}和{10（?）1}孪晶界析出。{10（?）2}孪晶界上的析出相有两种取向关系,一种是常见的Burgers OR,另一种是Pitsch-Schrader OR（P-S OR）。统计分析表明,两种取向关系均在孪晶界上大量形成。其中,P-S OR可分为两种类型,一种是只与母体或孪晶具有P-S OR的Type I P-S OR析出相,另一种是与母体和孪晶同时保持P-S OR的Type II P-S OR析出相。Burgers OR和Type I P-S OR析出相在共格一侧的惯习面为平直的{011}面,而在另一侧为{112}或其他高指数界面,析出相关于孪晶界呈非对称形貌。Type II P-S OR析出相在孪晶界两侧的惯习面均为{011}面,析出相形貌关于孪晶界对称。此外,孪晶界析出相还存在变体择优,无论是Burgers OR还是P-S OR,都是析出相的[11（?）]β或[100]β方向平行于母体和孪晶共用的<2（?）（?）0>方向的变体优先形成。结合弹性应变能和界面能的计算分析,揭示了孪晶界对析出相取向关系和变体选择的影响。{10（?）2}孪晶界上大量P-S OR析出相的形成主要是受弹性应变能的影响,P-S OR析出相在孪晶界上形核所需克服的弹性应变能远低于Burgers OR。孪晶界上的Burgers OR析出相在共格一侧具有最低的界面能和弹性应变能,因此Burgers OR依旧在{10（?）2}孪晶界上大量出现。孪晶界析出相的变体选择同样受弹性应变能和界面能的影响,其择优的变体具有最低的弹性应变能和界面能。在{10（?）1}孪晶界上只有Potter OR析出相析出,且只存在一种变体。析出相与母体和孪晶同时具有Potter OR,使得析出相朝孪晶界两侧对称生长。由于只有Potter OR可以在孪晶界两侧同时具有良好的晶格匹配,形核能垒最低,因此在{10（?）1}孪晶界上只形成了Potter OR析出相。