镁合金由于其高比强度、高阻尼、低密度等优点,在工程结构材料领域应用广泛,最具代表性的是稀土镁合金体系。稀土镁合金兼具高强度、优良的高温服役性能以及较好的加工成型能力,但稀土元素的高昂成本、资源稀缺性以及不可回收性限制了其应用领域的进一步推广,所以研究非稀土镁合金体系有望突破这一瓶颈。通过合金化、热处理和热塑性变形加工的方法能够改善微观组织形貌,并有效提高合金的力学性能。本文选取了 Mg-Sn-Al/Zn-Ca/Cu合金体系,采用普通铸造法和快速热挤压加工制备了不同成分的合金样品,探究了合金化元素和变形加工对合金微观组织的影响;结合微观组织演变规律探究了铸态合金的热处理工艺;通过TEM和HRTEM研究了挤压合金的微观组织并探究了第二相的内部微观结构及其形成机制。主要结论如下:Mg-4Sn-xA1-0.5Ca(x=1,2,3)(wt.%)合金的主要组成相有 α-Mg、Mg2Sn 和 CaMgSn相。随着A1添加量的增加,晶粒尺寸逐渐减小且第二相的数量增加,铸态合金的抗拉强度、延伸率和硬度值随之提高。对Mg-4Sn-xA1-0.5Ca合金在不同温度下进行固溶+时效处理,固溶于基体的第二相重新析出,其尺寸细化且分散均匀。根据时效硬化曲线,A1添加量越高,时效硬度峰值越高;随着时效温度的升高,硬度峰值出现的时间提前但硬度略有减小。Mg-4Sn-xZn-0.5Ca(x=1,2,3)(wt.%)合金中的主要组成物相与Mg-4Sn-xA1-0.5Ca合金基本相同。随着Zn添加量的增加,晶粒尺寸逐渐减小且第二相的数量增加,合金的抗拉强度和硬度值都随着Zn添加量的增加而增加。对Mg-4Sn-xZn-0.5Ca合金在不同温度下进行固溶+时效处理,固溶于基体的第二相重新析出后尺寸细化和弥散分布的效果都优于Mg-4Sn-xA1-0.5Ca合金。时效曲线先升高后降低,Zn添加量越高,时效硬度峰值越高。Cu元素的添加能够细化铸态合金的晶粒组织,促进凝固过程中Mg2Sn相的析出。适量添加Cu可以提高铸态合金的抗拉强度,但是Cu的过量添加会导致元素偏析现象,使粗大的第二相和层状共晶组织分散在晶界处,导致合金力学性能下降。经过热挤压加工后,合金微观组织得到改善。挤压态Mg-6Sn-1A1-xCu(x=0.5,1,2)(wt.%)合金的微观组织由致密均匀的再结晶晶粒组成,随着Cu添加量的增加,挤压合金的再结晶晶粒尺寸得到细化。与铸态合金相比,挤压态合金的力学性能显著提高。Mg-4Sn-1Zn/A1-xCa(x=0.1,0.3,0.5)(wt.%)合金由均匀的 α-Mg 等轴晶粒和 CaMgSn相组成,CaMgSn相的形成在一定程度上受到Sn或Ca元素偏析的影响。提高Ca元素的添加量,CaMgSn相的体积分数随之显著提高,相尺寸明显细化。在Mg-4Sn-1Zn-xCa挤压合金的最优综合性能中抗拉强度可达261.5±2.9MPa,屈服强度139.1±3.1MPa,断后延伸率为13.2%;Mg-4Sn-1A1-xCa挤压合金的最优综合性能中抗拉强度可达273.0±2.1MPa,屈服强度153.3±2.6MPa,断后延伸率为11.2%;二者的压缩断裂强度较为接近。在挤压合金中,CaMgSn相在性能强化方面起了重要作用。第二相强化的机理主要为第二相粒子阻碍塑性变形过程中的位错运动,使其无法进一步推进和扩展。第二相体积分数越高,弥散分布的效果越好,对合金的强化作用越大。TEM分析表明,CaMgSn 三元相的内部结构为纳米颗粒包覆结构,主要由Mg2Sn和Mg2Ca相组成。在CaMgSn相内部,Mg2Sn纳米颗粒包裹在Mg2Ca中。CaMgSn相内部 α-Mg、Mg2Sn 和 Mg2Ca 的取向关系(OR)为:[1210]Mg ‖[001]Mg2Sn ‖[4 5 1 3]Mg2Ca;[0001]Mg2Sn‖[169 11]Mg2Ca。在高密度位错区域存在孤立的Mg2Sn纳米相,与Mg基体之间的取向关系(OR)为:[110 2]Mg‖[001]Mg2Sn。CaMgSn相的形成机制与其独特的内部微观结构密不可分。在相变过程中,高密度位错区域固溶的Ca原子形成Mg2Ca相重新析出,而独立的Mg2Sn纳米相将充当CaMgSn相的成核质点。CaMgSn相的动态沉淀析出可以认为是以Mg2Sn纳米颗粒为核心,Mg2Ca包覆生长的过程,这一现象的产生伴随着位错的激活和聚集。