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Mg-Al系镁合金作为最轻质高强的金属结构材料,在汽车工业上的应用发展及其迅速,但因Mg-Al系合金的高温力学性能较差,导致其应用范围受到严重限制。此外,汽车工业应用的大部分零部件其形状较为复杂,并且Mg-Al系合金在凝固过程中固-液相区间的温度跨度较大,导致合金在凝固末期极易发生热裂现象,因此提高Mg-Al系合金的高温力学性能以及抗热裂性能是扩大其应用范围的关键问题之一。稀土和碱土元素均能够提高Mg-Al系合金的高温力学性能和抗热裂性能,结合稀土和碱土元素复合合金化开发的新型合金应该具有巨大的潜力。因此本文选用碱土元素Ca和稀土元素Sm设计了Mg-Al-Ca-Sm合金,利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、室温和高温拉伸等实验手段详细地研究了Mg-Al-Ca-Sm合金的微观组织演变和高温力学性能,结合热裂测试得到的凝固-应力曲线,系统地研究了Mg-Al-Ca-Sm合金的热裂行为。系统地考察了Ca和Sm元素的加入量对Mg-6Al-x Ca-y Sm合金铸态微观组织及室温和高温力学性能的影响。实验结果表明:随着Ca含量的增多以及Sm含量的减少,合金的晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势,当Ca和Sm元素的含量均为2%时晶粒尺寸最小,为41.91±0.72μm;随着Ca含量的增多以及Sm含量的减少,合金中β-Mg17Al12相和Al2Sm相数量逐渐减少,Al2Ca相和（Mg,Al）2Ca相含量不断增多,合金的室温和高温抗拉强度呈现先增大后减小的趋势,当Ca和Sm元素的含量均为2%时,合金的抗拉强度最大,而合金的高温拉伸延伸率呈现先减小后增大再减小的趋势;随着Ca含量的增多以及Sm含量的减少,合金的断口形貌中解理面的尺寸及数量不断增多,整体呈现Ca含量越大而Sm含量越低,合金的塑性越低。详细地研究了不同冷却速率和Al含量对Mg-x Al-2Ca-2Sm合金组织及性能的影响。实验结果表明:随着冷却速率和Al含量的增加,晶粒的形核温度和尺寸逐渐减小,第二相体积分数逐渐增大;冷却速率和Al含量的变化对Mg-x Al-2Ca-2Sm合金中的物相组成均有着显著的影响,Al11Sm3相、Mg2Ca相和β-Mg17Al12相只能在特定的冷却速率范围内或一定Al含量下才能够形成;随着冷却速率增大,合金的室温、高温抗拉强度和延伸率均不断增大,但是随着Al含量增大,合金的室温、高温抗拉强度均呈现先增大后减小的趋势,并且室温下Al含量为9%时达到峰值,而高温下Al含量为5%时达到峰值;随着冷却速率的增加,合金在室温和高温下的塑性均得到提高。但是,随着Al含量的增加,合金在室温和高温下的塑性呈现先增大后减小的趋势。此外,随着拉伸温度的不断升高,合金的塑性不断增大。系统地研究了Mg-x Al-2Ca-2Sm合金经过等温处理后其微观组织的变化规律。实验结果表明:当等温处理温度在175℃～275℃时,合金中均有纳米级析出相析出,提高了合金的室温、高温力学性能,并且合金的塑性得到了提高;当等温处理温度在300℃～375℃时,Al11Sm3相发生分解,转变成颗粒状Al2Sm相,导致Mg-3Al-2Ca-2Sm合金的力学性能逐渐降低,合金的塑性逐渐减小,Mg17Al12相随着等温处理温度的升高同样发生分解,使得Mg-9Al-2Ca-2Sm合金的室温抗拉强度及延伸率逐渐降低,而高温抗拉强度得到提高,高温延伸率逐渐减小,合金的塑性逐渐降低;当等温处理温度在400℃～505℃时,Mg-9Al-2Ca-2Sm合金中的Mg17Al12相在温度高于415℃时将完全分解,室温抗拉强度及延伸率逐渐降低,而高温抗拉强度有所提高,Mg-3Al-2Ca-2Sm和Mg-5Al-2Ca-2Sm合金中的片层状（Mg,Al）2Ca相和鱼骨状Al2Ca相经过等温处理后分解转变成颗粒状的Al2Ca相,而颗粒状的Al2Sm相没有发生变化。详细地研究了不同冷却速率和Al含量对Mg-x Al-2Ca-2Sm合金热裂行为的影响。研究结果表明:合金的热裂行为与晶粒尺寸和晶粒形貌有着密不可分的联系,并在不同情况下,二者之一占据着主导地位,随着晶粒尺寸的增大,合金的热裂倾向逐渐增大,并且随着晶粒形貌愈发向枝晶状发展时,合金的热裂倾向也越大;随着冷却速率的降低,Mg-3Al-2Ca-2Sm合金中将会生成Mg2Ca相,增大了合金的凝固温度区间,从而增大了合金的热裂倾向,随着Al含量的增多,合金中将会生成β-Mg17Al12相,同样增大了合金的凝固温度区间,导致合金的热裂倾向增大。