电磁成形是基于脉冲电磁力实现金属工件塑性形变的高速成形技术,具有可提高材料成形极限、抑制工件回弹和起皱等优点,是目前提升铝合金等轻质金属构件性能及制造水平最具潜力的方法之一。然而,电磁成形过程涉及电磁、热、力等多物理场耦合,导致工件变形受到高速、高温和大电流等诸多因素影响,其宏微观变形行为较准静态以及其他高速成形更为复杂,相关的材料力学性能和变形机理尚未被有效揭示,限制了该技术进一步的发展和工业化应用。针对上述问题,本文以电磁胀环系统为研究对象,结合理论、数值分析、实验测试和微观结构检测等手段,探究了工件中涡流引起的热效应以及高应变率效应等对成形过程的影响,重点阐释了多效应下的材料变形行为及微观演变机理,相关研究为深入理解电磁成形的复杂物理过程和实现成形工艺的优化设计提供了理论基础和技术支撑。在理论和数值模型构建方面,分析了电磁胀环过程中电路、电磁场、温度场、结构场之间的耦合作用关系,建立了相应的理论模型,在此基础上,通过COMSOL有限元软件实现了电磁胀环系统的多场耦合数值模型搭建和求解,并数值分析了放电电流、工件涡流、位移和温度等关键物理量的分布特性及变化规律。在关键物理量参数测量和铝合金力学特性实验研究方面,搭建了电磁胀环实验平台,研制了放电电流、涡流、工件位移和工件温度等实验测量系统。在此基础上,结合数值分析和实验结果,探究了不同放电能量下电磁胀环过程中铝合金的延展性以及上述物理量的变化规律。同时,基于实验测量数据,对电磁胀环中铝合金的应力-应变曲线进行了修正,进一步提高了数值模型计算的准确性,为后续参数分析和设计奠定了基础。在铝合金的热效应研究方面,分别设计了低温电磁胀环实验和多尺寸工件电磁胀环实验,探究热效应的作用机理以及热效应作用的温度范围。对于前者,采用液氮浸泡的方式来消除电磁胀环过程中铝合金的热效应作用。对比研究表明,在相同的变形速度下,热效应存在时,铝合金在高速变形下的断裂应变从无热效应时的19.9%增加至24.7%,充分说明电磁成形中的热效应可显著提升材料的延展性。同时,EBSD和TEM微观检测显示,晶粒在常温电磁胀环过程中被显著拉长和细化,具有大量小角度晶界,并存在位错交滑移的产生,说明热效应的主要作用机理为动态回复。对于后者,设计了多尺寸工件电磁胀环实验,以实现不同温度下的同速变形。研究发现,随着温度升高,铝合金的断裂应变呈现“先增后减”的变化趋势,其中最大断裂应变出现在189℃时,为30.8%,而温度升高至400℃以上时,工件的断裂应变急剧降低至准静态情况以下。在此基础上,提出电磁成形的最佳变形温度范围的概念,该温度区间为160～200℃。最后,通过EBSD检测,从微观角度说明了最佳变形温度范围的存在。其中,温度低于最佳变形温度范围时,动态回复没有发生,而高于最佳变形温度范围时,动态回复作用逐渐由动态再结晶替代,二者均不利于塑性变形的发生。在高应变率效应研究方面,本文提出了一种涡流全屏蔽电磁胀环方法,以探究纯高应变率效应作用下铝合金的变形行为,设计并研制了带集磁器结构的涡流全屏蔽电磁胀环实验系统,实现涡流（电流密度）屏蔽超过90%,工件最大温升仅为1.4℃。在此基础上,对比探究了不同放电能量下铝合金的变形行为。结果表明,在相同的变形速度下,纯高应变率作用下铝合金的延展性明显小于有涡流作用的电磁成形过程,而应变率的增大将显著提高铝合金的延展性,进一步增大应变率可以使其延展性达到传统电磁成形系统的同等水平。最后,通过比较常温电磁胀环、低温电磁胀环和涡流全屏蔽电磁胀环的实验结果,对电磁胀环过程中的多效应进行了解耦分析。宏观断裂应变结果表明,材料延展性的提升主要取决于高应变率效应和涡流热效应,与涡流电效应关联度较小。微观结构分析方面,涡流热效应可以促进塑性变形时晶粒的拉长和细化,诱导动态回复的发生;涡流的电效应是影响电磁成形中铝合金晶粒取向及微观织构的主要因素,且可以提高晶粒尺寸的均匀性,一定程度上加速晶粒的细化;高应变率效应可以加强晶粒的细化,并由于塑性变形热的局部累积导致少量动态回复的发生。