镁合金密度低、比强度高,在航天航空、生物医用及交通运输等行业有广阔的应用前景。近年来Mg-Al-Sn-Ca合金由于高强塑性和热稳定性等优异性能得到了广泛的关注。然而,Mg-Al-Sn-Ca合金在铸造过程中极易形成粗大的高熔点Ca Mg Sn共晶相,常规热处理难以将其回溶。因而,在后续变形过程中极易引发应力集中,甚至割裂基体,不仅损害合金的力学性能,而且严重降低合金的成材率。微合金化与亚快速凝固可以有效调控凝固行为并细化凝固组织。此外,在固溶处理过程中引入预变形可以增加第二相回溶驱动力,有利于在后续热加工变形过程中提高合金成形能力,促进弥散纳米析出相形成。因此,本文以Mg-4.5Al-1.5Sn-0.5Ca（wt.%）系合金为研究对象,在微合金化的基础上,采用亚快速凝固技术,结合预变形辅助梯度固溶处理工艺,不仅有效细化了α-Mg基体晶粒,而且促使粗大Ca Mg Sn共晶相细化并球化;通过多向控轧与退火处理,探究了不同元素微合金化对变形微观组织演化及力学性能的影响,最终开发出所需的新型高性能Mg-Al-Sn-Ca基镁合金。主要结论如下:（1）与常规凝固相比,亚快速凝固可以缩短合金凝固时间,提高合金的固溶度,细化晶粒组织,并显著碎化共晶Ca Mg Sn相;当单一微合金化0.1 wt.%的Ce元素后,Ce溶质原子富集抑制了Ca Mg Sn长大,导致Ca Mg Sn共晶相尺寸有所细化、且体积分数减小;当同时加入0.2 wt.%的Mn元素和0.05 wt.%的Ce元素后,Mn与杂质结合净化了镁合金熔体,形成了Al8Mn5相,结合亚快速凝固工艺和微量Ce元素对共晶Ca Mg Sn相的细化作用,铸态Mg-4.5Al-1.5Sn-0.5Ca-0.2Mn-0.05Ce合金获得了突出室温拉伸力学性能,其屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为～107 MPa、～236 MPa和～18.8%。（2）预变形辅助梯度固溶工艺可以有效钝化甚至球化合金中粗大的共晶Ca Mg Sn相,且与常规凝固相比,亚快速凝固与预变形辅助梯度固溶工艺结合对合金中Ca Mg Sn相的钝化、球化效果更好;Ce单一微合金化使样品出现Al11Ce3相与Ca Mg Sn相依附的现象,证明Ca Mg Sn相上富集的Ce元素会与Al元素结合,析出Al11Ce3相,且此现象不受凝固冷速的影响;Mn-Ce/Sm/Sr复合微合金化的样品出现了Al-Mn（-Ce/Sm）相和Mg-Sr相,且上述第二相也存在与Ca Mg Sn相依附的现象。（3）多向控轧与退火工艺可以显著细化合金中的晶粒与第二相,提升合金的力学性能;与Mn单一微合金化相比,Mn-Ce/Sm/Sr复合微合金化对性能提升的优势更加明显,其中Mn-Ce微合金化后,材料综合力学性能较高,在室温下沿RD拉伸的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率分别为～239.4 MPa、～298.4 MPa和～20.7%,强度的增加主要与晶界强化和位错强化有关,延伸率的增加可归因于晶粒取向对基面滑移的促进作用;Mn-Sr微合金化后材料趋于室温拉伸各向同性,其沿不同方向屈服强度的差值仅为4.9 MPa,断裂延伸率差值仅有1.1%。根据Schmid准则分析,0.05 wt.%Sr微合金化减小了拉伸方向对基面滑移开启的影响。