目前,高性能变形镁合金板材的研制已成为材料领域令人瞩目的焦点之一。镁合金轧制成形能力受锭坯显微组织和晶粒取向的影响,开发镁合金铸锭制备新工艺,实现对铸锭显微组织和晶粒取向的有效控制可望成为改善镁合金铸锭轧制成形能力的有效手段。本研究采用自行设计的定向凝固装置成功地制备了AZ31镁合金铸锭,并借助于金相显微组织观察、X射线衍射分析、室温压缩、高温压缩、高温轧制、室温拉伸等实验和检测手段,较系统地研究了定向凝固工艺对AZ31镁合金铸锭显微组织和晶粒取向的影响,分析了定向凝固AZ31镁合金铸锭的室温和高温压缩变形行为及热轧变形特点。结果表明:(1)定向凝固工艺制备的AZ31镁合金铸锭具有粗大的柱状晶组织,少量第二相呈细小球状弥散分布于晶粒内部;由于模具高度方向上温度梯度的影响,晶体规律性地定向生长,呈现较明显的[1010]择优取向,该择优取向与定向凝固过程中的热流方向相平行。(2)采用两侧分段加热方式的定向凝固铸件,在力学性能以及塑性成形性能上均表现出各向异性的特点,与热流方向和加热面相平行的截面在室温和高温下具有相对较好强度与塑性。(3)定向凝固工艺可有效提高镁合金铸锭的热轧成形能力,在轧制温度为673K的条件下进行热轧,总变形量可达94%以上而不出现裂纹。变形量为40%时,轧板的晶粒形貌发生了显著变化,晶粒变得细小,晶界清晰,第二相完全消失,并出现孪晶组织。最终成形的轧板具有较高的室温拉伸性能指标,且在保持横向强度不变的情况下,提高了其纵向强度,很大程度上改善了板材在轧制后力学性能各向异性的缺点。