镁合金具有低密度、高比强度和比刚度等优点,在航空航天、汽车和3C通讯领域有着巨大的市场前景。相比于铝合金,镁合金强度低,而为了提高镁合金强度通常加入大量合金元素使得其生产成本和自身重量大大的增加,限制了镁合金进一步应用,制备低成本高性能镁合金能够有效拓宽其市场应用。本课题基于微合金化概念,首先,研究了低含量Gd元素添加对Mg-Gd二元合金组织和力学性能影响,分析了Mg-Gd合金组织细化机理、挤压过程中再结晶机制和强韧化机制。其次,基于Mg-Gd合金的研究结果,研究了元素Ca和Zn及其混合添加对Mg-1Gd合金组织和力学性能的影响,阐明了单独Ca和Zn添加及其混合添加对Mg-1Gd合金微观组织影响机理和织构演变规律,并分析了挤压态合金室温力学性能和应变硬化行为。最后,以Mg-1Gd-0.5Zn合金为例,研究了Ce元素对Mg-1Gd-0.5Zn合金微观组织和力学性能影响,分析了合金微观组织、织构演变和室温力学性能以及相应的强韧化机理。得到主要研究结果如下:（1）低含量Gd元素添加能形成少量Mg5Gd相,Gd元素对挤压态Mg-Gd合金再结晶织构有着显著影响,既弱化了挤压态合金基面织构,也使得其形成沿挤压方向偏转双峰织构和RE织构组分出现,即<11-21>平行于挤压方向。其主要原因归因于Gd的添加使得合金在挤压过程中更多剪切带生成,剪切带能够促使动态再结晶。元素Gd添加能够明显改善挤压态Mg-Gd二元合金板材力学性能和加工硬化能力,其中挤压态Mg-2.5Gd合金沿挤压方向屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为91 MPa、269 MPa和34.6%,性能提高主要归因于Gd元素的固溶和织构弱化共同影响。（2）单独添加微量Ca（<1.0 wt.%）和Zn（<1.5 wt.%）不能明显细化铸态和挤压态Mg-1Gd合金晶粒尺寸,当合金元素Ca含量为1.0 wt.%或Zn含量为1.5 wt.%时,合金晶粒尺寸发生明显细化。随着Ca含量的增加,合金中Mg2Ca相数量明显增加;而添加0～1.0 wt.%Zn,Zn主要固溶于基体中,当Zn含量为1.5 wt.%时生成大量新的细小W相。此外,相比于单独添加0.7 wt.%Ca和0.7 wt.%Zn,复合添加0.7wt.%Ca和0.7wt.%Zn显著细化铸态和挤压态Mg-1Gd合金显微组织,合金中含有少量Mg5Gd相和大量的Mg2Ca相。（3）Ca和Zn的添加弱化挤压态Mg-1Gd合金织构强度。单独添加Ca弱化织构的原因是Mg2Ca相生成增强PSN机制效应和Ca原子偏聚。而单独添加Zn弱化织构原因主要是Zn的固溶（添加0～1.0 wt.%Zn）和大量W相生成（添加1.5 wt.%Zn）。此外,相比于单独添加0.7 wt.%Ca和0.7 wt.%Zn,复合添加0.7 wt.%Ca和0.7wt.%Zn更能弱化挤压态Mg-1Gd合金织构,其原因为Ca和Zn原子共同偏聚和大量细小Mg2Ca相促进PSN机制。（4）单独添加Ca合金屈服强度增加,当Ca的添加量为1.0 wt.%时,合金沿挤压方向和横向拉伸的屈服强度分别约为98 MPa和173 MPa。但塑性降低,其主要原因为较大尺寸Mg2Ca相在拉伸变形过程中容易产生应力集中,加快裂纹产生。而单独添加Zn也能使合金屈服强度增加,其原因是Zn的固溶（添加0～1.0 wt.%Zn）和大量W相的生成（添加1.5 wt.%Zn）。当Zn的添加量为1.5 wt.%时,合金沿挤压方向和横向拉伸屈服强度分别约为126 MPa和172 MPa。但塑性随着Zn含量的增加先增加再降低,塑性增加原因主要是织构的弱化。此外,相比于单独添加0.7wt.%Ca和0.7 wt.%Zn,复合添加0.7 wt.%Ca和0.7 wt.%Zn更能增加挤压态Mg-1Gd合金屈服强度和得到可观的塑性,其原因为晶粒细化、均匀分布细小第二相颗粒、更多柱面滑移启动、抑制晶界裂纹和提高应变协调能力共同作用。（5）随着Ce含量的增加,铸态和挤压态Mg-1Gd-0.5Zn合金晶粒尺寸下降。铸态Mg-1Gd-0.5Zn-x Ce合金中第二相经过固溶和挤压处理,第二相由Mg-Zn-Ce相转变成Mg-Ce相,第二相颗粒在挤压过程中发生破碎,并沿挤压方向分布。Ce的添加弱化挤压态Mg-1Gd-0.5Zn-x Ce合金织构强度,其主要原因为Ce含量的增加使得合金中第二相增加,能够抑制动态再结晶晶粒长大。（6）随着Ce含量的增加,挤压态Mg-1Gd-0.5Zn-x Ce合金板材的屈服和抗拉强度增加,强度的增加主要是由于Ce的添加细化了挤压态合金晶粒大小和生成大量第二相颗粒。0.3 wt.%Ce的添加提高合金板材沿挤压方向拉伸延伸率,主要原因为合金织构发生弱化,使得合金在拉伸过程中更多基面滑移启动和更均匀的拉伸应变分布。更多的Ce含量添加使得合金延伸率下降,主要是沿挤压方向分布较大尺寸第二相颗粒容易在变形过程中产生应力集中,形成裂纹源。