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近年来，镁合金在航空航天、汽车和3C工业日益获得越来越广泛的应用。Mg-Zn-Y-Zr系(ZW系)镁合金是近几年开发的一种新型高强度耐热镁合金。已有的半连续铸造成形实验表明，一些Mg-Zn-Y-Zr合金具有强烈的热裂倾向，难以制备大尺寸铸锭。合金的热裂敏感性与其糊状区的组织和力学特性等密切相关。为理解ZW系镁合金铸造过程中热裂的形成机理，发展兼具优良铸造成形性能和力学性能的新型Mg-Zn-Y系合金，本文系统研究了Mg-Zn-Y三元系富镁角的合金的化学成分、组织和相组成、力学性能之间的关系；表征了该合金系成分、糊状区组织、强度特性、热裂敏感性之间的关系。
组织分析和热分析冷却曲线研究发现，在富镁角(2.00～6.36wt.％Zn，1.03～6.96wt.％Y的成分范围内)，Mg-Zn-Y-Zr合金的组织、力学性能及凝固路径不仅取决于合金中化学元素的含量，还取决于Zn/Y比(质量比，下同)，因此将合金定性分成五个相区。处于各个相区的合金的相组成及凝固路径中除涉及α-Mg相外，其金属间化合物相的种类及其形成路径各不相同：相区(I)，低Zn、高Y含量，0.35＜Zn/Y＜0.56，铸态组织含z相(Mg12ZnY，合金在536～540℃之间通过伪二元共晶反应L→α-Mg+Z形成Z相；相区(II)，高Zn、高Y含量，Zn/Y比增大至0.85，W相(Mg3Zn3Y2)开始出现，铸态组织含Z相和W相。合金在530℃左右时通过伪二元共晶反应L→α-Mg+Z形成Z相，温度继续下降至518℃左右时通过另一个伪二元共晶反应L→α-Mg+W形成W相；相区(III)，中等Zn、Y含量，0.88→Zn/Y→1.7时，合金组织含W相。合金在514～523℃左右时通过伪二元共晶反应L→α-Mg+W形成W相；相区(IV)，高Zn、中等Y含量，Zn/Y比增加至3.33左右时，三叉晶界处出现I相(Mg3Zn6Y)，在其它晶界处有W相，合金在482℃左右时通过伪二元共晶反应L→α-Mg+W形成W相，温度继续下降至440℃左右时通过L+W→α-Mg+I反应形成I相：相区(V)，高Zn、低Y含量，Zn/Y比增加到5.84左右时，铸态组织仅含有I相，合金在439℃左右时通过伪二元共晶反应L→α-Mg+I形成I相。合金的铸态室温力学性能主要由合金中的第二相的种类及数量决定。同一相区的合金中，抗拉强度随着合金元素含量的增加而提高；在所有合金中，I相强化的ZW61合金和ZW62合金的强度最高，合金中的Zn元素含量超过6wt.％后，所有合金的伸长率都小于4％。
运用冷却曲线热分析和连续扭矩测试实验研究了Mg-xZn-2Y-Zr(x=2，4，6)和Mg-xZn-6Y-Zr(x=2，4，6)合金系糊状区特性的演化规律。结果表明，随着合金元素Zn含量的增加，初晶形核第一特征温度、初晶形核第二特征温度、枝晶干涉点温度、枝晶干涉点固相分数及固相线温度都逐渐下降；随着Y含量的增加，初晶形核第一特征温度、初晶形核第二特征温度及枝晶干涉点温度逐渐下降，而固相线呈上升趋势。发现添加Zr或提高冷却速度使ZW62合金的枝晶干涉点固相分数提高。ZW66合金建立强度时，固相分数最小，而ZW26合金建立强度时固相分数最大；枝晶干涉点以后，ZW66合金的强度增长最慢，而ZW46合金强度增长最快。
以已应用于航天工业上的ZW61合金为对象，为理解其工业成形过程的热裂问题，在Gleeble3800热模拟机上，通过固相线温度附近拉伸实验研究了两种应变速率10-2s-1和10-3s-1条件下该合金糊状区力学性能。结果表明，高于固相线温度以上，随着实验温度的提高(即固相分数减小)，合金糊状区强度和塑性都逐渐下降，其中，塑性比强度下降得更快。同时发现该合金高于固相线温度的抗拉强度对应变速率的变化敏感，高应变速率条件下抗拉强度较大且脆性温度区间短。设计了ConstrainedRod Casting(“CRC”)铸造热裂实验并结合冷却曲线热分析技术，研究了位于四个不同相区的几种ZW系合金的凝固路径，凝固最后阶段剩余液相分数以及锆细化等因素和其热裂敏感性的关系。热裂纹位置因子，宽度因子等热裂敏感性因子的表征结果表明合金的热裂敏感性从大到小顺序为：HTS(ZW62未加锆)＞HTS(ZW62)＞HTS(ZW61)＞HTS(ZW22)＞HTS(ZW42)＞HTS(ZW44)＞HTS(ZW26)。分析指出，影响该合金系热裂倾向的因素包括：1.凝固温度区间长短；2.凝固最后阶段剩余液相分数；3.凝固最后阶段固相分数随温度降低的增加速度；4.枝晶干涉点温度到凝固终了温度间的凝固路径；5.组织和枝晶形貌、尺寸。凝固温度区间长，凝固最后阶段剩余液相数量少，凝固最后阶段固相分数随温度降低增长缓慢的ZW62和ZW61合金热裂敏感性最高。通过以上研究，理解了工业上大尺寸铸锭因为热裂难以成形的本质，为进一步发展兼具优异抗热裂性能和高力学性能的合金提供了理论和实验依据。