镁合金因其质轻、比强度和比刚度高、生物相容性好等优点,在构件轻量化及微型化方面具有广泛的应用前景。随着构件特征尺寸的减小,单个晶粒的各向异性行为会显著影响金属多晶体材料的整体塑性变形行为和力学性能。镁合金因其低对称的密排六方晶体结构,在微尺度塑性变形过程中的尺寸效应比其他立方金属更复杂,因此厘清尺寸效应对镁合金变形机制的影响、建立适用于镁合金微尺度塑性变形的材料模型和数值模拟方法至关重要。本文以AZ31镁合金薄板为研究对象,采用厚向晶粒数（λ）综合考虑平均晶粒尺寸(（9）与试样尺寸（t）对镁合金微尺度塑性变形的影响。通过逐步温降等径角挤压（Equal Channel Angular Pressing,ECAP）工艺、微拉伸实验、金相观察、SEM观察和准原位EBSD表征等物理实验结合全场晶体塑性模拟,研究尺寸效应对AZ31镁合金的力学性能、断裂特征和微观变形机制的影响规律,建立考虑位错滑移与孪晶相互作用关系的全场晶体塑性模型。采用逐步温降ECAP工艺对AZ31镁合金初始坯料进行晶粒细化。第1至4道次变形过程中,在强剪切变形和动态再结晶（Dynamic Recrystallization,DRX）的共同作用下,晶粒随挤压道次的增加逐渐细化,并出现“项链状”微观结构。第5至8道次变形过程中,随着挤压温度的降低及变形量的增加,材料发生完全DRX,晶粒得到充分细化,并获得基面与ECAP剪切面近似平行的新织构。对经过ECAP工艺细化的坯料进行不同退火处理,获得两种不同晶粒尺寸但织构相近的坯料,沿挤压方向切取不同厚度的薄板进行微拉伸力学实验。实验结果表明镁合金薄板的微拉伸流动应力具有明显的尺寸效应,流动应力曲线表现出典型的“细晶强化”效应;且随着λ值的减小,其变形早期的流动应力曲线由下凹的“S”型逐渐转变为上凸型。细晶材料的强度随试样厚度减小而降低,呈现出所谓的“越小越弱”尺寸效应;粗晶材料的力学行为规律性较差,单个晶粒的力学行为显著影响试样整体变形和强度。断口实验表明,随着λ的增大,材料的断裂模式由脆性解理断裂逐渐转变为延性剪切断裂和韧窝断裂。EBSD实验结果发现粗晶试样的断口附近出现更多的二次孪晶,这些二次孪晶在塑性变形后期可逐渐演变为材料裂纹源,造成材料过早的断裂。此外,拉伸孪晶界作为大角度晶界会导致位错的塞积,进而演变为裂纹的扩展路径。准原位EBSD实验和全场晶体塑性模拟结果表明,随着λ的增加,孪晶的激活和扩展均受到明显抑制。因此,对于镁合金微尺度塑性变形,λ是影响位错滑移与变形孪晶相互协调和竞争的关键参数。模拟得到的孪晶和不同滑移模式对变形贡献的定量结果表明:基面滑移始终是协调镁合金微尺度塑性变形的主要变形机制;随着λ的减小,拉伸孪晶对材料塑性行为和力学性能的影响明显增加,对位错滑移的阻碍作用（Basinski效应）更明显。