节能减排是现代汽车发展的重要方向，而减重是实现汽车节能减排的重要手段。作为最轻的金属结构材料，采用镁合金代替铝合金制造汽车部件能够实现明显的减重效果从而达到汽车工业节能减排的目的。NZ30K(Mg-3Nd-0.2Zn-Zr，wt.%)镁合金具有良好的室温强度和高温性能，非常适合用于制备镁合金发动机缸体、汽车轮毂等结构部件。由于这些部件在服役过程中往往要承受交变载荷，因此理解NZ30K镁合金的高周疲劳损伤行为是其成功应用于发动机缸体和汽车轮毂的理论基础。　　本研究以半连续铸造小晶粒NZ30K镁合金(25μm)和砂型低压铸造大晶粒NZ30K镁合金(75μm)为研究对象，采用激光共聚焦显微镜与电子背散射(EBSD)技术相结合的方式，系统研究了室温拉压高周疲劳条件下，试样表面两维和三维疲劳损伤形貌的演变规律，考察了应力大小、疲劳周次、晶粒取向、晶粒尺寸、热处理状态(as-cast、T4&T6)等对NZ30K镁稀土合金疲劳累积损伤行为的影响，系统研究了合金室温高周疲劳过程中疲劳裂纹萌生行为。研究表明：　　NZ30K合金在高周疲劳过程中会形成两种典型的损伤形貌：一种是驻留滑移带，Persistent slip markings(PSMs)，为晶粒内部一组平行排列的滑移迹线，是基面滑移在疲劳过程中产生的损伤；另一种是孪晶带，Twinning bands(TB)，为晶粒内部透镜状迹线，其尺寸大于单个PSM。PSMs和TB的发生都会引起晶粒的表面积增加。因此晶粒的表面积增加速率越大说明疲劳损伤速率越快。在疲劳损伤过程中，晶粒表面积增加速率在疲劳初期最大，之后逐渐减小。　　应力大小对NZ30K合金疲劳损伤机制影响显著：当疲劳加载应力水平与合金的疲劳强度大小相同时，基面滑移是合金的主要损伤机制，此时在疲劳试样表面极少能够观察到孪晶开动。当加载应力较大时(疲劳强度+10MPa)，孪晶损伤机制才变得更为重要。　　晶粒取向对合金的疲劳损伤影响显著。一般来说，晶粒的基面施密特因子(Basal Schmid Factor,BSF)越大，晶粒越容易发生基面滑移，BSF越小，晶粒越容易发生孪晶；随着BSF的增加，发生基面滑移晶粒的比例显著增加，而发生孪生的晶粒比例则显著减少。但晶粒取向并不能完全决定晶粒是否发生疲劳损伤以及发生损伤的机制。实验结果表明，相同取向的晶粒在相同加载应力和循环周次下，部分晶粒内部发生了严重的疲劳损伤，而部分晶粒内部则完全观察不到任何变形条纹。这种损伤差异主要归因于周围晶粒的影响。　　晶粒尺寸大小会显著影响NZ30K镁合金的疲劳强度与疲劳累积损伤行为。小晶粒NZ30K镁合金(25μm)的室温疲劳强度为69MPa，相对于大晶粒合金(75μm)(56MPa)提高了23%(13MPa)，由此可见晶粒细化带来的疲劳强度增加效果显著。在低应力幅(加载应力幅大小约为疲劳强度值)加载下，小晶粒合金参与疲劳变形的晶粒比例为68.8%，而大晶粒合金仅为32%，在高应力幅(大于疲劳强度10MPa)加载下，小晶粒合金参与疲劳变形的晶粒比例为77.9%，而大晶粒合金仅为56.4%。小晶粒合金中参与疲劳损伤晶粒的比例仍然高于大晶粒合金。该结论说明小晶粒合金的疲劳损伤更均匀。因此，改善疲劳损伤在合金中的均匀性，是提高合金疲劳性能的一种有效的途径。　　热处理能够显著影响NZ30K镁合金的疲劳强度与疲劳累积损伤行为。铸态大晶粒NZ30K合金(75μm，疲劳强度为56MPa)，经过固溶处理后，疲劳强度提高到68MPa(+21%)，进一步经过时效处理后，疲劳强度提高到89MPa(+59%)。固溶态合金在低应力幅加载下，参与疲劳变形的晶粒比例为54.1%，在高应力幅加载下，参与疲劳变形的晶粒比例为83.6%。时效态合金在低应力幅加载下，参与疲劳变形的晶粒比例仅为3.8%，在高应力幅加载下，参与疲劳变形的晶粒比例为54.7%。该结果表明与铸态合金相比，固溶处理后由于共晶相完全溶入基体中，导致合金疲劳损伤变得更加均匀。时效处理后，由于析出相的存在阻碍了位错的运动，因此在低应力加载时滑移和孪生变得非常困难。　　铸造NZ30K镁合金的疲劳裂纹萌生受到应力大小、晶粒取向、晶粒尺寸和热处理状态的综合影响。经过对比不同晶粒尺寸和热处理状态的合金疲劳裂纹萌生方式统计后发现，低应力幅加载时，几乎全部的铸态，固溶态和时效态NZ30K合金的疲劳裂纹都萌生于PSMs内部。而高应力加载时，在铸态小晶粒合金中，滑移带萌生裂纹和孪晶带萌生裂纹的百分比为55.6%和44.4%，而在铸态大晶粒合金中为75%和25%。在大晶粒固溶态合金中滑移带裂纹和孪晶带裂纹分别为78.5%和21.5%，而在大晶粒时效态合金中两者百分数分别为71.4%和28.6%。滑移带裂纹的百分比高于孪晶带裂纹的百分比主要是由于高应力加载下参与滑移变形的晶粒数量大于参与孪晶变形的晶粒数量。