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作为最轻的结构金属材料,由于镁及其合金具有密度低、抗电磁屏蔽、易于回收等优异性能,在轻量化上受到了广泛的关注,并且在3C、通讯、军工等领域已有所应用。但是镁具有密排六方结构、滑移系少,因此室温变形难、强塑性同时提高难等瓶颈问题严重限制了其进一步的工业应用。众所周知,合金化可以显著提高镁合金的力学性能,但是合金元素的加入也导致在铸态组织中生成各种粗大的共晶相,形成严重宏观偏移。由于合金元素在镁中的固溶度及生成共晶相的性质不同,某些共晶相一经出现便很难消除,导致后续变形加工过程中容易产生裂纹,严重限制其生产及应用。因此,如何消除或细化这些有害共晶相,并使其充分发挥提高镁合金力学性能的作用显得尤为重要。Mg-Al-Sn-Ca合金在凝固过程中易形成粗大的CaMgSn相,严重损害了其轧制行为及力学性能。目前消除大尺寸、难溶共晶相的方法主要包括大应变破碎或预变形结合热处理等。这些方法相对繁琐,且对高熔点共晶相,如CaMgSn等,细化效果不明显。本文基于液-固协同调控新思路,采用亚快速凝固结合旋转衬板轧制,实现了Mg-Al-Sn-Ca合金中粗大CaMgSn共晶相的有效细化并球化,显著改善了合金的轧制性能,最终获得期望的细晶组织及弥散第二相,同时提高了合金的强塑性。本文探究了Ca含量对Mg-4.5Al-1.5Sn铸态组织中共晶相组成、尺寸、形貌及数量的影响规律;通过亚快速凝固技术结合热处理有效细化并球化了粗大的CaMgSn相;采用旋转轧制工艺,实现了Mg-4.5Al-1.5Sn-xCa合金细晶组织（3μm）及弥散第二相协同控制,促进了合金强塑性同步提升。主要结论如下:（1）凝固冷速对铸态共晶相尺寸、形貌、数量及基体晶粒尺寸有显著的影响;随着冷速提高,晶粒尺寸大幅降低,CaMgSn相的尺寸由30-40μm减小到10-20μm,长棒状和针状共晶相内部产生缺陷;此外,提高冷却速度会导致Mg17Al12的数量增多,Mg2Sn的数量减少,这是由于提高冷速促进了Ca元素的固溶,但对Al元素没有影响,从而导致含Sn共晶相的尺寸及数量均降低。（2）固溶处理可进一步改善共晶相的分布;经过500℃/24 h热处理后,Mg17Al12和Mg2Sn均回溶到镁基体中,虽然CaMgSn相无法通过热处理消除,但亚快速凝固样品中CaMgSn相完全球化,常规凝固样品中CaMgSn相形貌无明显变化;该现象是因为亚快速凝固样品中CaMgSn相尺寸明显细化,相表面的曲率较大,CaMgSn相优先从大曲率位置分解。（3）Ca含量对铸态及轧制态Mg-4.5Al-1.5Sn合金的显微组织影响显著。随着Ca含量的增加,CaMgSn相数目明显增多,聚集程度也增强,同时,晶粒尺寸降低;热处理过程中,CaMgSn相钉扎晶界,抑制晶粒长大。含Ca合金析出相尺寸明显降低（16 nm）;Ca含量增加在形成CaMgSn过程中消耗更多的Sn元素,从而使析出相Mg17Al12与Mg2Sn数量的比值增加,当Ca含量为0.1 wt.%时,轧制合金织构弱化效果最明显。（4）亚快速凝固-轧制样品的力学性能明显高于常规凝固-轧制样品,且合金拉伸性能随着Ca含量增加而明显提高,其中Mg-4.5Al-1.5Sn-0.5Ca合金抗拉强度330 MPa,均匀延伸率20%;力学性能的提升一方面是由于粗大共晶相的碎化与球化降低了变形过程中对基体的割裂作用,抑制提前断裂;另一方面,细化的CaMgSn共晶相促进了PSN机制导致的基体晶粒细化,有利于提高强度和塑性。