WE43是当前航空领域中应用最成熟的镁稀土（Mg-RE）合金之一,航空工业的高速发展对WE43的力学性能提出了更高的要求,同时WE43中Nd的价格非常昂贵,导致合金生产成本过高,选择何种价格更低廉、强化效果更突出的稀土元素代替昂贵的Nd,研发出新型低成本、高强度Mg-RE合金就具有很现实的意义。Sm与Nd同为轻稀土元素,但是Sm在镁中的极限固溶度更高,且价格仅为Nd的1/3,利用Sm代替Nd开发的新型合金应该具有巨大的潜力。本文利用Sm全部代替和部分代替WE43中的Nd设计了两种多元轻重稀土复合强化Mg-Y-（Nd）-Sm-Zr合金,即Mg-4Y-xSm-0.5Zr（x=2,3,4,5,6）和Mg-4Y-1.6Nd-xSm-0.5Zr（x=1,2,3,4,5）。本文利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、室温和高温拉伸等实验手段详尽地研究了Mg-Y-（Nd）-Sm-Zr合金的微观组织和力学性能,优化了合金成分及热处理工艺,利用透射电子显微镜（TEM）系统地研究了合金在热处理过程中的微观组织演变。系统地考察了Sm元素含量对Mg-4Y-xSm-0.5Zr和Mg-4Y-1.6Nd-xSm-0.5Zr合金铸态、固溶态、时效态微观组织和力学性能的影响,分析了合金的断裂方式。实验结果表明:铸态Mg-Y-（Nd）-Sm-Zr合金的显微组织均由α-Mg基体和非平衡凝固条件下形成的共晶组织组成,共晶组织的体积分数随Sm元素含量的增加而增加;固溶处理后,共晶化合物发生溶解,随着Sm元素含量的增加,晶界处未溶共晶组织的体积分数随之增加;时效处理后,晶内会均匀弥散地析出大量的析出相。经过固溶+时效处理后,Mg-4Y-5Sm-0.5Zr合金的抗拉强度达到277 MPa,屈服强度为195 MPa,延伸率为4%;Mg-4Y-1.6Nd-1Sm-0.5Zr合金的抗拉强度高达300 MPa,屈服强度为219 MPa,同时延伸率能够达到6.5%。合金在不同热处理态下的断裂方式主要为铸态时穿晶与沿晶混合断裂、固溶态时穿晶解理断裂、时效态时穿晶与沿晶混合断裂。详细地研究了不同热处理工艺对最优成分合金Mg-4Y-5Sm-0.5Zr和Mg-4Y-1.6Nd-1Sm-0.5Zr组织和性能的影响。实验结果表明:随着固溶温度的提高、固溶时间的延长,共晶化合物的溶解程度越大,固溶效果越好,但是合金的平均晶粒尺寸逐渐长大;随着时效温度的提高、时效时间的延长,析出相逐渐长大变粗,数量逐渐减少。Mg-4Y-5Sm-0.5Zr和Mg-4Y-1.6Nd-1Sm-0.5Zr合金的最优热处理工艺分别为540℃×12 h+200℃×16 h和525℃×8h+200℃×16 h,在最优热处理工艺下合金取得的最高抗拉强度分别为277MPa和300 MPa。系统地研究了Mg-4Y-5Sm-0.5Zr和Mg-4Y-1.6Nd-1Sm-0.5Zr合金热处理过程中的微观组织演变,详细地表征了各热处理态下合金中不同形貌第二相的晶体结构。实验结果表明:铸态合金中共晶化合物主要有网格状和骨骼状两种形貌,分别为体心立方结构的Mg₂₄Y₅（a=1.1250 nm）和面心立方结构的Mg₅RE（a=2.2472 nm）;固溶处理后,未溶的稀土元素与Mg形成了体心四方结构的Mg₄₁RE₅（a=b=1.458 nm,c=1.032 nm）;200℃时效16 h时,晶内析出相为底心正交结构的β′相（a=0.640 nm,b=2.223 nm,c=0.521 nm）。揭示了Mg-Y-（Nd）-Sm-Zr最优成分合金的时效析出序列,即SSSS→G.P.区→β′′相→β′相→β₁相→β相,并且随着析出相的转变,析出相与镁基体的共格关系逐渐减弱。200℃时效初期,晶内存在明显的G.P.区以及与镁基体成完全共格关系的具有D0₁₉结构（a=0.64 nm,c=0.52 nm）的亚稳相β′′相;200℃时效16 h时,晶内的析出相主要为底心正交结构（a=0.640 nm,b=2.223nm,c=0.521 nm）的中间相β′相,β′相成盘状沿{2（?）0}惯习面对称析出,并且与镁基体成完全共格关系,能够最有效的强化合金,其与镁基体的位相关系为:（001）_β′||（0001）_α,（010）_β′||（10（?）0）_α,[100]_β′||[（?）2（?）0]_α;提高时效温度至250℃时,随着时效时间的延长,晶内的β′相逐渐转变为面心立方结构（a=0.74 nm）的过渡相β₁相,进而由β₁相原位转变为面心立方结构（a=2.223nm）的平衡相β相,β₁相与β相均成盘状沿{10（?）0}惯习面析出,并且均与镁基体形成清晰的非共格界面。