针对Mg-Zn二元合金铸造性能差、时效析出相粗大,因而时效强化效果不佳的缺点,本研究采用Cu、Zr微合金化以改善Mg-Zn系合金的铸造性能、时效组织和综合力学性能。设计了名义成分为Mg-6Zn-xCu-0.6Zr （x = 0, 0.5, 1.0, 2.0, wt.%）的系列铸造镁合金,并采用金相显微技术、X射线衍射仪技术、扫描电子显微镜技术、透射电子显微镜技术、扫描透射电子显微镜技术、显微硬度计和拉伸试验机等全面研究了合金的时效行为、显微组织及力学性能。重点探讨了微合金化元素Cu、Zr及热处理工艺对合金时效行为、显微组织及力学性能的影响;表征了各种时效析出相的形态和晶体学特征,阐明了其生成机制,并揭示了时效过程中组织的演变进程。铸态Mg-Zn-Zr三元合金添加Cu后,其铸态组织由（α-Mg基体+MgZn2）组成变为由（α-Mg基体+MgZn2+MgZnCu）组成;立方结构的MgZnCu作为共晶相分布于晶界。当Cu添加量大于1 %时对合金铸态组织有一定的细化晶粒的作用。峰时效态时,Cu不仅可提高合金主要强化相细长杆状[0001]_αβ₁′-MgZn₂的析出密度和组织均匀性,还可抑制导致过时效的（0001）_αβ₂′-MgZn₂相的析出,但随着Cu含量的继续增加,[0001]_αβ₁′-MgZn₂的长/径比降低。Cu的添加对合金的力学性能有明显的影响。当Cu含量为0.5%时综合力学性能最佳,峰时效态合金的抗拉强度σ_b、屈服强度σ_0.2和延伸率分别达到266.3 MPa、185.6 MPa和16.7%,特别是塑性指标延伸率增加明显;添加1.0%Cu时的综合力学性能次之;当Cu含量为2%时,因大量MgZnCu颗粒在晶界上呈连续网络状分布,使合金的力学性能明显下降,同时因为大量MgZnCu颗粒的形成而消耗了部分溶质Zn,致使合金的时效硬化效果恶化。同时,微量（0.5%¹.0%）Cu的加入还能延缓合金的过时效进程。Cu的加入使组织均匀化及镁基c/a比的降低是含Cu合金具有较大延伸率的主要原因。Mg-Zn-Zr三元合金主要以沿晶断裂方式为主,Mg-Zn-Cu-Zr四元合金主要以（准）解理断裂和韧窝的混合型方式断裂。铸态合金因组织粗大且不均匀,力学性能较差。经固溶+时效处理后,基体中析出大量弥散、共格的强化相,合金的强度和塑性都显著提高,时效强化效果明显。研究发现,Zr不仅能细化晶粒,而且能促使合金在430°C固溶处理过程中形成四方结构的富Zr相（δ-Zn₂Zr₃）。根据形态和晶体学特征,这些富Zr相分为四类。第1类为细长杆状相,其轴线平行于[0001]_α方向;第2类呈短四棱柱状,以其轴线平行于（0001）_α基面和< 1120 > _α;第3类同样是细杆长状相,其轴线平行于（0001）_α基面和< 1100 > _α;第4类也是细长杆状相,但其轴线与（0001）_α基面斜交,并与[0001]_α方向夹25³5°角。这些δ-Zn₂Zr₃相的形态和晶体学特征具有明显的关联性,其轴线方向都是δ/α间最小或较小晶向错配度的方向。这些固溶处理中形成的δ-Zn₂Zr₃,在后续180°C时效过程中作为前驱体相为β1′-MgZn₂提供有效的异质形核中心。δ-Zn₂Zr₃在β₁′-MgZn₂长大过程中逐渐分解,分解释放出的Zr原子或局部地溶入Mg基体中,或形成新的含Zr化合物,同时为富Zn相的继续长大提供了较好的成份环境。在峰时效之前,合金中先后析出三类杆状的、并且都与（0001）_α基面垂直的[0001] _αβ₁′相。第一、二类都是六方β₁′-MgZn₂,只是与基体的位向关系略有不同;第三类是单斜β1′-Mg₄Zn₇,在靠近峰时效态及后期出现。在过时效合金中还出现另两类析出相,一是盘状的六方β₂′-MgZn₂,盘面平行于（0001）_α基面;二是杆状的棱方平衡相β-MgZn,也与（0001）_α基面垂直。在时效初期还形成了两类GP区,分别平行于{0001}_α和{1120}_α。表征了各析出相的晶体学特征,并讨论了其生成机制。在固溶态合金中的富Zr区（即固溶时析出δ相的区域）可能的析出序列为:δ-Zn2Zr₃→β₁′-MgZn₂→β₂′-MgZn₂→β-MgZn,或者δ-Zn₂Zr₃→β₁′-MgZn₂→β-MgZn。而在富Zn区（即固溶时未析出δ相的区域）可能的析出序列为:过饱和固溶体SSSS→GP区→β₁′-MgZn₂→（β₁′-Mg₄Zn₇和/或β₂′-MgZn₂）→β-MgZn。该研究对了解Mg-Zn-Cu-Zr系合金的时效析出行为和进行Mg-Zn系合金的时效强化设计具有重要的理论和实用意义,并为开发新型低成本、高性能的Mg-Zn-Cu-Zr镁合金提供了理论依据。