汽车、航空等运输工业越来越倾向于使用更轻的材料以减轻产品重量、提高燃油利用率，作为目前工业应用中最轻的金属结构材料，镁合金在这些工业领域正获得日益广泛的应用。然而，合金AZ91及AM60/50等常见的商用铸造Mg-Al-Zn合金综合力学性能不足，限制了其在汽车轮毂等需要高强高韧的结构部件中的应用。已有的研究表明，调整铸造Mg-Al-Zn合金中的Al、Zn含量、通过合适的热处理工艺可以改善合金的力学性能，使其具有与AZ91合金相当的铸造性能和更优异的力学性能。相图是合金成分及工艺设计的基础，相比于实验相图研究，热力学计算已成为建立多元合金系相图的有力工具。本论文结合实验研究及热力学计算系统地研究了铸造Mg-Al-Zn合金中成分、相组成、凝固路径及力学性能之间的关系；同时，利用相图计算结果，优化了典型Mg-Al-Zn合金的固溶处理工艺。　　 在理解热力学相平衡原理的基础上，采用最新发表的Mg-Al-Zn三元系的热力学描述，建立了相平衡的控制方程组。针对牛顿迭代法求解方程对初值要求过于苛刻的不足，通过改进的牛顿迭代法自编计算机程序求解了控制方程组，计算了相平衡时各相的成分及相分数；同时获得了合金在平衡及非平衡条件(Scheil模型)下的凝固路径及凝固后的相组成，为进一步理解Mg-Al-Zn合金的实际铸造组织、凝固路径及定量地分析合金的强化机理打下基础。　　 实验研究表明，铸态Mg-Al-Zn合金的相组成与Zn/Al质量比有关；随着Zn/Al比的增加，组织中第二相的种类由常见的γ-Mg17Al12向φ-Mg21(Zn，Al)17，τ-Mg32(Al，Zn)49及准晶I-相依次演变。研究了实际铸造过程、平衡模型和Scheil模型计算三种条件下的凝固路径和相组成，结果表明，实际铸造过程偏离平衡凝固过程，Scheil模型很好地解释了大多数合金铸造组织的相组成；但是由于Scheil模型不考虑有固相作为反应物参与的包晶反应，对ZA65合金凝固路径和相组成的预测结果与实际铸造组织的相组成不符。热分析技术与组织观察表明，热分析方法所测得的冷却曲线上的放热峰不一定与最终铸态组织中的相组成对应。如ZA64合金铸态组织中的第二相为τ-相，而冷却曲线上的放热峰则对应φ-相的析出。　　 通过组织和力学性能分析，结合热力学计算研究了铸态Mg-Al-Zn合金中各种强化机制对其强度的贡献。研究表明，细晶强化、固溶强化及第二相强化均为Mg-Al-Zn铸态合金强化的关键因素，每一种强化机制的贡献相差不大。单位数量Zn原子比Al原子具有更大的强化效果。通过分离出第二相对合金强度的影响，定性地指出第二相的强化效果与其种类的关系，其中单位数量的γ-相具有比φ-相更好的强化效果，为合金组织及成分设计提供了依据。　　 实际铸造凝固过程由于溶质偏析导致非平衡第二相的形成，使实际凝固终了温度低于平衡固溶线，以AZ64合金的固溶处理为例，在热力学计算的基础上提出了铸造镁合金的两步固溶处理方法。即，合金首先在Scheil模型下计算的非平衡凝固终了温度以下5-10℃保温若干时间；随后合金在平衡模型计算的固相线温度以下5-10℃保温，可以获得完全单相固溶组织并避免了合金的局部熔化。