镁金属矿产丰富,性能优越,具有良好的发展潜力,但与其他金属材料相比,还是存在绝对强度低、耐蚀性差等缺点,导致其应用范围不广。因此,如何提高镁合金性能成为当下的研究重点。本文选择课题组前期开发的ZM61镁合金为研究对象,利用合金化的手段来进一步改善其力学性能。合金元素选择Al元素,设计含有0、1、2和3 wt.%Al元素的四种ZM61镁合金,结合多种微观组织结构和力学性能分析等表征手段,系统研究了Al元素对ZM61镁合金显微组织和室温力学性能的影响规律,并提出了不同使用状态下该合金的最优化成分配比及热处理工艺。论文获得了以下研究结果:铸态ZM61合金中,除α-Mg基体外,Mg7Zn3是其主要组成物相,随着Al元素的加入,合金中新生成了Al-Mn相和Mg-（Zn Al）相,其中Al-Mn相为高温相,而原本呈连续网状分布的Mg-Zn相变得不连续;同时基体的熔化温度降低,合金的铸造性能得到改善。合金Al元素影响着Al-Mn相的种类、数量及形貌。当Al含量为1 wt.%时,合金中存在大量块状Al8Mn5相,当Al含量增加时,块状相数量、尺寸均变小,而杆状Al11Mn4相含量增加,尺寸变大。合金经均匀化处理后,Mg-Zn共晶化合物能够大部分溶入基体,晶界变得清晰,但高温稳定的Al-Mn相在均匀化温度下不溶,仍然保持着块状和杆状的形貌。同时Al元素的添加能细化均匀化态合金的晶粒,当Al含量为3 wt.%时,其晶粒尺寸最小。在热挤压过程中,Mg-6Zn-1Mn-x Al合金均发生动态再结晶,形成细小而均匀的再结晶晶粒,均匀化过程中的未溶化合物被挤碎,形成明显的挤压流线。相比而言,基础ZM61动态再结晶过程完成最为充分,挤压组织较为均匀。加入Al元素后,合金的动态再结晶组织变为混晶状态,存在着明显的粗晶区和细晶区,并且随着Al含量的增加,动态再结晶发生得越不完全。在四种成分合金中,ZM61-3Al合金具有最小的平均晶粒尺寸。对挤压态合金进行力学性能测试发现,加入Al元素后,合金在保持其延伸率的情况下,屈服强度和抗拉强度都有小幅提升。其中ZM61-1Al合金具有最佳综合力学性能,其屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为190MPa、329 MPa和12%。合金经固溶处理后,晶粒尺寸明显增加,Mg-Zn相能够完全溶于基体,高温Al-Mn相依然保持块状和杆状形貌;同时,少量Al元素的存在可以抑制合金在高温下晶粒长大,但随着Al含量增加,其抑制晶粒长大的能力减弱。在该系列合金中,ZM61-1Al合金的平均晶粒尺寸最小,为21.19μm。利用时效硬化曲线对固溶态合金的时效热处理制度进行了优化,较优的单级时效工艺为180℃/16h,较优的双级时效工艺为90℃/24h+180℃/6h。含Al合金经单级时效处理后,其屈服强度和抗拉强度随着Al含量的增加而降低,但延伸率有升高趋势;其中,ZM61-1Al合金具有最佳综合力学性能,屈服强度和抗拉强度分别为270 MPa和364 MPa,延伸率为11%,与ZM61合金相比,合金的屈服强度下降39 MPa,抗拉强度下降15 MPa,延伸率提高了6%。经双级时效处理后,含少量Al元素的ZM61合金的屈服强度略微下降,抗拉强度变化不大,而延伸率得到大幅提高。其中,ZM61-1Al合金具有最佳综合力学性能,其屈服强度和抗拉强度分别为261 MPa和368 MPa,延伸率为12%,与ZM61基础合金相比,合金的屈服强度下降了39 MPa,抗拉强度基本不变,延伸率提高了7%。