镁合金是工业应用中最轻质的金属结构材料,具有低密度和高比强度等突出优点,在多种领域中具有重要的应用价值和广阔的应用前景。由于镁合金的密排六方结构,室温条件下独立的滑移系少,塑性变形能力差,加工成形困难,故其应用受到极大限制。室温条件下,既要保证镁合金的强度达到预期要求,又要使其塑性得到改善,是目前镁合金研究中最重要也是最急需解决的问题之一。本文采用第一性原理计算、实验测试分析和粘塑性自洽模拟三种手段综合分析了合金元素Al和Y对镁合金力学性能及塑性变形机制的影响规律。首先基于第一性原理方法,以广义层错能为基础,研究合金元素Al和Y对镁各滑移系临界剪切应力的影响规律,为实验研究提供指导。其次,采用实验手段研究分析了合金元素Al和Y对镁合金的微观组织和室温力学性能的影响规律,可验证第一性原理的计算结果。最后,使用粘塑性自洽模型对合金的塑性变形过程进行了拟合分析,与第一性原理计算结果共同分析讨论了合金元素对镁塑性变形机制的影响。本文从微观和宏观层次研究合金元素对镁合金力学性能的影响机理,为高性能镁合金成分设计提供理论基础和依据,进一步为新型高性能镁合金材料的研发提供一定参考。主要结果如下:(1)理论计算与实验结果均表明,尺寸较小的Al原子使镁的晶格常数减小,尺寸较大的Y原子使镁的晶格常数增大,但二者都能降低镁的c/a轴比,有利于晶格对称性的提高,有助于改善镁的塑性。(2)对于基面和非基面滑移系,合金元素Al和Y均能使广义层错能降低,对提高材料的塑性具有积极贡献。对于锥面{112?2}<112?3>滑移系,Al元素使稳定层错能与非稳定层错能的比值升高,则<c+a>位错趋向以全位错形式存在;Y元素使该比值降低,则<c+a>位错趋向分解为可动的不全位错,有利于塑性变形的进行。(3)根据P-N模型,从各滑移系的广义层错能可推导得出相应的临界剪切应力。合金元素Al和Y可降低镁基面与非基面的临界剪切应力,尤其是Y元素能显著降低柱面滑移系的临界剪切应力。并且,Al和Y均缩小了非基面与基面的临界剪切应力差值,使非基面滑移更容易进行,从理论角度论证了Al和Y具有固溶增塑的作用。(4)室温力学性能表明,Mg-Al合金的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率明显高于纯镁,并且随着Al含量的增加而增大。Mg-Al合金的拉伸屈服强度比纯镁增加了88.2%以上,断裂延伸率增加了11.7%以上。Mg-Y合金的屈服强度和抗拉强度有所改善,塑性显著提升,Mg-Y合金的拉伸屈服强度比纯镁增加了31.5%以上,断裂延伸率最高增加了127.4%。从实验角度说明了Al和Y具有同时改善强度和塑性的作用,并且也验证了第一性原理计算的临界剪切应力结果。(5)粘塑性自洽模拟的结果与实验数据吻合较好。通过拟合得到合金各变形机制的临界剪切应力与第一性原理得出的结果变化趋势一致,两种方法均表明Al和Y能缩小非基面与基面的临界剪切应力差值。由此证明该研究方法具有可行性,能够推广应用。