镁合金具有显著的减重优势,在汽车、航空、3C等领域具有极大的应用潜力。目前已开发出的含稀土镁合金表现出较好的力学性能。然而,受到产品成本以及国家战略稀土资源控制等因素的影响,含稀土镁合金在工业上的大规模应用面临较大挑战。因此,目前迫切需要开发出不含稀土元素的高性能镁合金。本文基于Mg-Ca基合金的成分优化及常规挤压变形,制备出了力学性能优异的低成本非稀土变形镁合金,并得到了以下主要研究结果:低合金含量的Mg-Ca合金即可以表现出很高的强度水平。比如,通过常规挤压制备的Mg-1.0 wt.%Ca合金的抗拉强度可高达约390 MPa;同时,Mg-0.1 wt.%Ca合金的抗拉强度也可达到约300 MPa。组织分析表明,多尺度的亚结构,包括超细的亚晶粒和动态再结晶晶粒组织、具有溶质偏析的亚晶界以及Mg2Ca纳米相等均有助于提高强度。分析表明,Ca的添加利于启动更高密度的非基面滑移,同时,Ca原子在挤压过程中会产生动态偏析,这些因素均对亚微米尺度超细晶的形成起到了关键作用。在此基础上,我们制备了一种新型的Mg-2Sn-2Ca（wt.%）变形镁合金,该合金表现出了超高的屈服强度（360-440 MPa）。有趣的是,即使以较高的速率进行挤压,该合金的力学性能也几乎没有衰减。超高强度与超细晶粒（～0.32 μm）,弥散分布的Mg2Ca纳米粒子以及大部分亚晶界处Ca原子的富集有关。通过对该合金挤压过程中的组织演变研究表明,热成型过程中Ca原子的动态配分、高密度位错以及大量Mg2Ca纳米相的析出,均直接导致了挤压态合金中超细晶粒的形成。然而,该合金在保持最高强度时,其延伸率较差,仅为～1.2%。通过多元合金化Mn元素的添加,Mg-Sn-Ca-Mn合金表现出了较好的强度和塑性的结合:屈服强度～450 MPa,抗拉强度～462 MPa,同时延伸率～5%。分析表明,含Mn镁合金内可诱导产生高密度位错,同时晶粒内和晶界处有大量的纳米Mn颗粒动态析出,可有效促进再结晶晶粒形核,并抑制了动态再结晶晶粒的长大;更重要的是,再结晶晶粒的织构发生了显著偏转和弱化,从而实现了超细晶镁合金中超高强度、延伸率兼备的力学性能。