本论文通过合金的成分设计、热处理和挤压变形实现了对Mg-Al-Ca-Mn合金中微米尺度初生第二相和纳米尺度动态析出第二相的调控,利用常规挤压工艺制备出具有超高屈服强度（>400 MPa）的低成本非稀土变形镁合金,系统研究了初生相和动态析出相对合金强度的影响,揭示了合金的强化机理。通过均匀化热处理的方法对挤压态合金中初生相颗粒的形貌与分布进行调控,显著改善了合金的塑性,研究了挤压态合金的断裂机制,揭示了第二相对合金塑性的影响机理。可通过Ca/Al比来调控Mg-Al-Ca-Mn合金中初生相的种类和形貌。热力学计算和实验研究表明,Ca/Al比决定了Mg-Al-Ca-Mn铸态合金中第二相的形貌和种类。在Ca和Al总含量约为6 wt.%的Mg-Al-Ca-Mn合金中,随着Ca/Al质量比从0.25增加至1.30,合金的初生相由粗大的离异共晶C36-（Mg,Al）2Ca相转变为细小的层片状共晶C14-Mg2Ca相。挤压后这些初生相被挤碎成细小颗粒,呈条带状沿着挤压方向分布,条带附近的α-Mg晶粒为细小的再结晶组织,远离条带的位置为粗大的变形晶粒,C14相颗粒尺寸远小于C36相颗粒,显著抑制再结晶晶粒长大。高Ca/Al比的挤压态合金中,动态析出相更加致密和细小。随着Ca/Al比例的增加,挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金的强度显著提高,延伸率明显下降。挤压态Mg-2.7Al-3.5Ca-0.4Mn wt.%合金具有438 MPa的超高屈服强度,延伸率为2.5%,其主要强化机制是细晶强化和析出强化。挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金的主要强化相为亚稳态的纳米级C14-Mg2Ca动态析出相。Mn和Al的含量影响合金挤压态Mg-Al-Ca-Mn合金中C14动态析出相的尺寸与分布。0.1 wt.%的微量Mn元素添加可有效细化挤压态Mg-5.5Al-3Ca合金中的C14相,从而显著提高合金的屈服强度,继续增加Mn含量对C14析出相无明显影响。在Mg-（5-7）Al-3Ca-0.3Mn wt.%合金中,Al含量增加导致挤压态合金中Mg2Ca动态析出相的数密度下降,从而降低合金的屈服强度。挤压态Mg-5.1Al-3.1Ca-0.3Mn wt.%合金的屈服强度高达420 MPa,抗拉强度高达451MPa,延伸率为4.1%。硬脆的初生Laves相是Mg-Al-Ca-Mn合金在加载过程中的裂纹源,导致合金的塑性降低。调控初生相的形貌和分布可以改善Mg-Al-Ca-Mn合金的塑性。对铸态Mg-3.0Al-2.7Ca-0.4Mn wt.%合金在400℃和500℃进行均匀化处理,初生的共晶层片状C14相发生球化,随着均匀化处理温度和时间增加,层片状初生共晶C14相的体积分数逐渐减少,球状C14相颗粒的尺寸和间距增加。500℃/20 h均匀化处理后挤压的合金中,球状C14相颗粒均匀地分散在α-Mg基体中,该合金具有322 MPa的屈服强度和10.2%的延伸率,均匀化处理显著提高了其塑性。基于Mg-Al-Ca-Mn合金的断裂行为,建立了含有微裂纹产生相颗粒合金的极限拉伸应变模型,可以很好地描述挤压态Mg-3.0Al-2.7Ca-0.4Mn wt.%合金的塑性与C14初生相颗粒的形貌和分布之间的关系,并且也适用于其它体系的变形镁合金。本论文系统地研究了合金成分对Mg-Al-Ca-Mn变形合金中初生相和析出相的影响规律,阐明了合金的强化机理和断裂机制,研究结果可以为变形镁合金中的显微组织调控和力学性能优化提供理论指导。