镁合金作为在实际工程应用中密度最小的金属结构材料,在航空航天、武器装备、交通运输以及电子产品等追求轻量化的领域具有巨大的应用潜力。Mg-Gd-Y系合金在室温和高温条件下均具有优异的力学性能,是理想的轻量化结构材料。但是在实际熔炼和铸造过程中发现,由于Mg-Gd-Y系合金中的Y性质活泼,极易形成氧化钇夹杂,这种夹杂往往以氧化膜碎片的形式分布于铸件内部,对基体割裂作用大,严重损害了铸件的力学性能,降低了铸件的成品率,且使不同炉次之间的Y含量不易控制,极大限制了Mg-Gd-Y系合金的进一步推广应用。因此,在保证合金力学性能前提下使用其它低活性的稀土元素替代Y元素,减少铸件氧化钇夹杂,提高合金成分的一致性,开发新型低Y含量甚至不含Y的高强耐热镁稀土合金,对铸造镁稀土合金构件的研制及推广应用具有重大意义。首先以综合性能较好的Mg-9Gd-3Y-0.5Zn-0.5Zr合金为参照目标,在保证稀土总质量分数为12 wt.%的条件下,采用成分更易控制的Gd元素替代部分Y元素,制备了Mg-x Gd-（12-x）Y-0.5Zn-0.5Zr（x=9,10,11,12）合金,研究了稀土总质量分数一定条件下Y元素含量变化对Mg-x Gd-（12-x）Y-0.5Zn-0.5Zr合金微观组织及力学性能的影响,探明了Y含量变化对Mg-x Gd-（12-x）Y-0.5Zn-0.5Zr合金强韧性和耐热性的作用规律。研究发现:Mg-x Gd-（12-x）Y-0.5Zn-0.5Zr（x=9,10,11,12）合金的铸态组织由α-Mg基体和（Mg,Zn）5（Gd,Y）第二相组成,第二相主要分布在晶界处。铸态合金的晶粒尺寸随Y含量降低逐渐增大,特别地,铸态Mg-12Gd-0.5Zn-0.5Zr合金的晶粒尺寸远大于含Y合金,达到了112μm。通过力学性能测试发现,在室温条件下,随着Y含量减少,峰时效态合金的屈服强度与抗拉强度未出现显著的降低,均保持在240 MPa和340 MPa左右,但9Gd-3Y和12Gd合金的延伸率相对较低;在高温条件下,随Y含量减少,晶界处第二相质点的数量也相应减少,对晶界迁移的阻碍效应减弱,合金的屈服强度与抗拉强度下降明显,300℃时,9Gd-3Y合金的屈服强度和抗拉强度分别为193 MPa和248 MPa,而12Gd合金仅有120 MPa和158MPa。室温拉伸断裂面主要有解理面和撕裂棱等典型特征,即表现为准解理断裂模式。与室温拉伸相比,150℃拉伸断口的局部存在少量韧窝,且出现了颈缩现象,表现为准解理和韧性的混合断裂模式,同时,随Y含量下降,断口上韧窝数量也有所降低。随着拉伸温度进一步升高到300℃时,9Gd-3Y合金韧窝增多且变深,表现为韧性断裂特征,而10Gd-2Y、11Gd-1Y和12Gd合金的断裂模式转变为沿晶断裂。单纯地降低Y含量,提高Gd含量不利于合金的高温性能,需要进行进一步的成分优化。在此基础上,利用Er元素替代Y元素,并添加不同含量的Zn元素,探索Zn元素含量对Mg-9Gd-3Er-x Zn-0.5Zr（x=0,0.5,1,2）合金微观组织、力学性能及断裂行为的影响,以期开发出完全不含Y元素的高强耐热镁合金。结果发现,铸态Mg-9Gd-3Er-x Zn-0.5Zr合金组织主要由α-Mg基体及（Mg,Zn）3（Gd,Er）共晶相组成,随着Zn含量增加,铸态合金的晶粒尺寸得到一定细化。经过固溶处理后,α-Mg基体内出现了层片状的LPSO结构,其体积分数随Zn含量的提升而增加。研究发现Zn的添加可以有效增强合金的力学性能和耐热性能,其中Zn含量为0.5 wt.%时,由于析出相的强化作用和Zn的固溶强化作用,合金具有较好的室温力学性能,室温下屈服强度为216 MPa,抗拉强度为295 MPa,断后延伸率为7.1%;在高温条件下,位错的活动能力增强,LPSO结构的强化效应得以体现,1Zn合金具有较好的高温力学性能,在150℃条件下的屈服强度为149 MPa、抗拉强度为236 MPa,延伸率为19.2%。