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耐热镁合金在汽车、航空航天等工业领域中得到广泛的应用,具有节能、减排等优点。Si和Ca作为耐热镁合金设计常用元素,具有价格低、与Mg所形成的化合物稳定的特点,因此研究Mg2Si的变质和开发含Ca耐热镁合金具有重要的理论和实际意义。本文通过组织观察、Mg2Si空间形貌演化,研究了Bi、Sb和Sr元素对Mg-1.7Si合金中初生和共晶Mg2Si相的变质作用与生长规律。通过Mg-5Al-2Sn-xCa（x=1,2,3,4,5,6）合金组织与硬度的变化特点,设计了一种新型具有硬骨架结构的Mg-5Al-2Sn-5Ca（ATX525）合金,并通过固溶温度（200-600℃）与时间（24-96h）、时效温度（200℃）与时间（24-120h）的大量实验,确定了获得细化CaMgSn相、优化合金组织的工艺。以该工艺为基础,研究了ATX525合金在200℃不同应力条件下的蠕变性能,并与铸态合金的蠕变性能进行对比。通过以上研究,获得了以下主要结论:（1）Bi和Sr对初生和共晶Mg2Si均具有变质作用,不同的是,Sb可以通过形成Mg3Sb2相而产生异质形核作用。最佳变质效果Bi的含量为0.2-0.3%;而Sb为0.3-0.4%。0.5%Sr可以有效变质初生Mg2Si,但对共晶Mg2Si的有效变质剂Sr应在1.0-2.0%之间。通过Bi和Sb的变质作用,可获得球状Mg2Si相,而Sr不具备这种特性。（2）ATX525合金具有完整的硬骨架相连的组织特征。硬骨架相由耐热性较好的（Mg,Al）2Ca、Al2Ca和CaMgSn相组成。合金的共晶相温度为543℃,而熔化结束温度达到610℃。（3）CaMgSn相可通过等温处理进行细化。当处理温度为450-500℃之间时,主要发生CaMgSn溶断和破碎过程,其体积分数没有明显变化。当处理温度为550℃时,发生CaMgSn相的溶入基体过程。获得细小CaMgSn相貌的处理温度为500-550℃。（4）铸态ATX525合金在200℃条件下,蠕变应力分别为35MPa、50MPa、60MPa和75MPa时,其蠕变寿命分别为1412h、170h、110h、12h,稳态蠕变速率分别为4×10-8s-1、6.9×10-7s-1、6.9×10-7s-1和2×10-6s-1。35MPa、50MPa、60MPa条件下100小时的蠕变量分别为0.04%、0.05%、0.065%;铸态Mg-5Al-2Sn-5Ca合金在175℃条件下,蠕变应力分别为75MPa、85MPa、90MPa时,蠕变寿命分别为127h、81h和69h,稳态蠕变速率分别为1.25×10-7s-1、1.67×10-7s-1、1.25×10-6s-1,75MPa条件下100h的蠕变量为0.1%。（5）ATX525合金经过500℃/24h固溶+时效200℃/96h之后,在200℃条件下,蠕变应力分别为50MPa、60MPa和75MPa时,蠕变寿命分别为510h、130h和45h;稳态蠕变速率分别为1.67×10-8s-1、1.11×10-7s-1和2×10-7s-1;50MPa和60MPa条件下的100h蠕变量分别为0.03%和0.06%。（6）硬骨架相可以有效阻碍蠕变过程的进行,使得应力集中在硬骨架相附近,在低应力下,硬骨架周围富集大量孔洞导致骨架与基体分离,发生诱发蠕变断裂。当硬骨架相呈颗粒形貌时,可有效缓解应力集中,降低裂纹开裂程度,提高蠕变寿命。