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镁合金因具有密度小、比强度高以及易回收利用等优势，是汽车、航空等工程应用领域中实现轻量化目标的理想替代环保材料。Mg-Zn-Zr（ZK）系合金是目前应用最广泛的变形镁合金之一，Y的添加对ZK系合金的组织和性能产生很大的影响。合金元素添加进镁合金中，一般以两种形式存在，一种是固溶进镁基体中，使合金产生固溶强化效果，另一种是形成第二相，产生第二相强化效果。关于固溶强化，目前Y在镁中的固溶强化行为还存在争议，因此，有必要对Y的固溶强化机制进行深入研究。Mg-Zn-Zr-Y合金中的第二相种类较多，因此有必要确定合金元素与合金相组成的定量关系，为第二相强化研究中合金相的设计提供理论和定量依据。关于Mg-Zn-Zr-Y合金的第二相，现有研究表明，长周期堆垛有序结构（LPSO）能提高镁合金的强度和韧性，但是LPSO的形成机理和含LPSO镁合金的强韧化机理目前还没有被揭示清楚，因此，有必要对LPSO的形成机理和含LPSO镁合金的强韧化机理进行研究。本文采用OM、SEM、TEM、HRTEM、DSC、XRD等实验手段和相图计算、第一性原理计算等理论计算方法，研究了合金元素对合金相的影响规律，重点研究了Y在镁合金中的固溶强化效率和固溶强化机理、LPSO的形成机理和含LPSO镁合金的强韧化机理，研究工作对镁合金中形成LPSO相的元素特点及判据进行了修正。首先，通过相图计算和实验验证，对Mg-Zn-Zr-Y合金中合金元素对合金相的影响规律进行了研究。研究结果表明，Mg-Zn-Zr-Y合金中第二相的形成严格依赖于Y/Zn摩尔比，X-相（Mg12YZn）、W-相（Mg3Y2Zn3）和I-相（Mg3YZn6）随着Y/Zn摩尔比的降低依次析出。与相组成对应的摩尔比或摩尔比范围定量描述如下：当Y/Zn摩尔比约为0.164时，相组成为α-Mg+I；当Y/Zn摩尔比为0.1640.33时,相组成为α-Mg+I+W；当Y/Zn摩尔比约为0.33时，相组成为α-Mg+W；当Y/Zn摩尔比为0.331.32时，相组成为α-Mg+W+X；当Y/Zn摩尔比约为1.32时，相组成为α-Mg+X。其次，针对Y固溶于镁中表现出反常的固溶强化行为而与经典的弹性交互固溶强化理论产生矛盾这一问题，通过实验测定Y在Mg中的尺寸错配度和比较分析Y、Al、Zn在镁中的固溶强化效率，对Y固溶于镁合金的固溶强化行为进行研究。研究结果表明，Y在镁中的固溶强化行为符合Labusch经典理论模型。Y在Mg中的尺寸错配度约为+27.1％，合金元素Y、Al、Zn固溶强化效率排列为：Y＞Zn＞Al。揭示了文献中报导的Y在镁固溶体中的强化作用与Labusch理论模型发生矛盾的原因，是由于其尺寸错配（δ）的估算值与实验值存在较大误差，导致固溶强化效率的计算结果与实验结果不一致。第三，通过SEM、TEM、HRTEM等实验方法和第一性原理计算方法研究了LPSO的形成机制。研究结果表明，LPSO的形成与层错密切相关，LPSO的形成可以用层错机制来描述。实验发现，金属模铸造方式制备的Mg-3.67Y-2.03Zn-0.26Zr合金，LPSO的析出伴随着层错的产生，LPSO和层错以-相同位向在基体中析出，均形成于Mg基体（0001）面，并沿着Mg基体的[0110]方向生长延伸。第一性原理计算表明合金元素Y显著降低了I2型堆垛层错能，合金元素Zn的添加微弱增大了Mg基面I2型堆垛层错能，但是影响不太明显。形成LPSO的重要原因是由于Y元素能够显著降低镁合金的层错能。镁合金中形成LPSO的元素特点及判据需要考虑合金元素对镁合金的层错能影响。对镁合金中Mg–RE–Zn合金系和Mg–Y–X合金系形成LPSO相的元素特点及判据修正如下：RE和X能明显降低镁合金的层错能，其化学错配代数和符号为负，绝对值为较大的数值。第四，通过对挤压态ZK20+3.67Y合金组织的观察，分析和讨论了LPSO相对Mg-Zn-Zr-Y合金强度和塑韧性的影响。研究结果表明，LPSO具有容纳塑性变形从而协调变形的能力，对合金韧性的提高具有积极的影响。块体LPSO相在挤压变形过程中参与了塑性变形，其变形亚结构随着变形程度的增大由高密度变形扭折、亚晶逐步向再结晶演变。LPSO对合金在挤压过程中的再结晶行为产生较大影响：一定大小和体积分数的LPSO对再结晶具有抑制作用，致使在α-Mg基体内，合金发生加工硬化，对挤压态合金的高强度具有积极的影响。另外，含LPSO挤压态Mg-Zn-Zr-Y合金因为具有较低的层错能，对合金的强度和塑性的提高均产生积极的影响。第五，对含Mg3Y2Zn3（W）相Mg-Zn-Zr-Y合金组织和力学性能进行了研究。研究结果表明，W相对挤压态合金力学性能产生有利影响。ZK51合金中添加4wt.％的合金元素Y，引入大量的三元化合物Mg3Y2Zn3（W相）。W相在热挤压过程中碎化，弥散分布于合金内，使挤压态合金获得晶粒尺寸约为2-3μm的细晶组织，极大地提高合金的力学性能。合金在25、150和200°C时的屈服强度分别达到310、250和237MPa，明显优于WE54等商用耐热镁合金的高温力学性能。最后，通过比较含韧性LPSO相和脆性W相Mg-Zn-Zr-Y合金的铸态组织、挤压态组织和挤压态合金力学性能之间的差异，对第二相性质对合金挤压变形行为的影响进行了分析。研究结果表明，韧性第二相在挤压过程中被碎化的程度低于脆性第二相，导致含韧性第二相挤压态合金的晶粒尺寸虽然大于含脆性第二相挤压态合金的晶粒尺寸，但是韧性第二相由于具有较好的韧性，使得含韧性第二相合金具有较高的延伸率。