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开发价格低廉，性能优良的耐热镁合金，使镁合金能够应用于汽车传动系统零部件，已经成为急需解决的重要课题。含有Ca、Sr的Mg-Al-碱土系合金是非常有发展前途的低成本抗蠕变镁合金。
本文以Mg-5Al-0.3Mn(AM50)合金为基础，通过合金化，研究了重力铸造Mg-Al-Sr-(Ti)合金的组织结构、室温和高温力学性能、高温拉伸蠕变机制和蠕变断裂行为。研究了压铸Mg-Al-Sr-(Ti)合金的组织结构、流动性和力学性能及不同制备工艺下Mg-Al-Sr合金的拉伸和压缩蠕变行为和蠕变过程中的组织演化。并在研究压铸Mg-Al-Ca系合金组织和性能的基础上，进行了赛车用汽缸套的工业试验。研究目的是为汽车用低成本耐热镁合金的开发应用提供理论和实践依据。
对重力铸造Mg-Al-Sr合金组织和性能的研究发现，微量Sr加入到重力铸造AM50合金中，大部分Sr原子都溶入Mg17Al12颗粒中，没有在组织中形成新相，并且细化了合金的组织，尤其细化了合金的第二相。加入0.1wt％Sr后，由于Mg17Al12颗粒的变质及热稳定的增加，使合金的常温，高温强度及其抗蠕变性能明显得到提高。当Sr加入量超过0.4％后，铸态组织中出现了层片状的Al4Sr相，抑制了Mg-5Al合金组织中Mg17Al12的生成，提高了合金在高温的强度和抗蠕变性能。与基体Mg-5Al合金相比，Mg-5Al-1Sr合金的稳态拉伸蠕变速率降低了近两个数量级。
研究Ti对重力铸造Mg-5Al-1Sr合金组织和性能的影响表明，虽然1wt％Sr的加入降低了AM50合金的室温抗拉强度和延伸率，复合加入Ti可以改善合金由于Sr加入后导致室温塑性的降低，并且进一步提高了合金的高温强度，这归因于晶界Al4Sr的形态从粗大的层片状转变成为细球状或短条状。Ti对于合金抗拉伸蠕变性能的影响与蠕变温度有关，在蠕变温度低于150℃，Ti的加入会略微提高Mg-5Al-1Sr合金的抗蠕变性能。蠕变温度高于150℃，Ti的加入会降低Mg-5Al-1Sr合金的抗蠕变性能。
本文利用电子理论计算并分析了AM50合金中的Mg17Al12相、Mg-5Al-0.1Sr合金中溶入Sr的Mg17Al12相和Mg-5Al-1Sr合金中的Al4Sr相的价电子结构。结果表明，Mg17Al12晶体的键结构不均匀导致的“热应力集中”是热稳定性不高的主要原因。溶入Sr会提高Mg17Al12相的热稳定性，降低Mg17Al12相的可变形性，从而可以提高合金的抗蠕变性能。与Mg17Al12相比，Al4Sr的主键络并不需要第三强键Sr-Al键的连接就能形成完整的网格，而且最强的两个DAlAl键的价电子数差别不大，因此其主键结构非常均匀，这是Al4Sr具有较高的热稳定性的本质原因。
对压铸Mg-Al-Sr-(Ti)合金的研究表明，即使在冷却速度较快的压铸工艺中，Sr和Ti的微合金化依然对于组织有细化作用。与重力铸造合金类似，1wt％Sr依然会抑制Mg-Al基压铸合金中Mg17Al12相的形成。虽然冷却速度会影响Mg-Al-Sr合金中相的组成，但是压铸合金中主要的第二相及其Sr元素对于力学性能的影响规律基本与重力铸造合金的结果一致。
压铸镁合金的常温屈服强度远远大于重力铸造合金的屈服强度。压铸合金强度的提高来源于两方面：一是晶粒细化，二是第二相的细化和体积百分比的增加。此外，压铸件表面的细晶层对于压铸件合金的强度有至关重要的作用。
对压铸镁合金的流动性的研究表明，与重力铸造工艺类似，压铸工艺中合金的流动依然可以划分为过热流动和零过热流动两个阶段。与重力铸造相比，压铸工艺中的临界凝固分数较高，而浇注温度较低，这导致了合金在压铸工艺中第二阶段的流动长度(Lf(ΔT=0))占流动总长度的百分率要比重力铸造工艺中的高很多。
蠕变激活能和应力指数的计算表明，重力铸造Mg-5Al-0.1Sr合金和Mg-5Al-1Sr合金的拉伸蠕变机制是不同的。重力铸造Mg-5Al-0.1Sr合金在175℃低应力(＜70MPa)是位错攀移控制蠕变稳态速率，在70MPa低温(＜175℃)下晶界扩散伴随的晶界滑移是主要的蠕变机制。而重力铸造Mg-5Al-1Sr合金在低温(＜175℃)和低应力(＜70MPa)下的蠕变由晶界附近的组织稳定性及其蠕变析出的Mg17Al12相的形成和生长控制。Mg-5Al-1Sr合金中存在颗粒(例如Al4Sr)的强化作用是其与Mg-5Al-0.1Sr合金具有不同的拉伸蠕变机制的主要原因。
对Mg-Al-Sr合金的高温拉伸蠕变断裂行为的研究表明，晶界滑移和分解切应力是AM50蠕变空洞形核和生长的驱动力，而约束扩散生长机制是Mg-5Al-1sr镁合金的空洞生长机制。合金蠕变断裂行为的不同主要由晶界上存在不同强化颗粒相Al4Sr和：Mg17Al12导致的。
对压铸和重力铸造Mg-5Al-1Sr合金的拉伸和压缩蠕变行为的研究表明，压铸Mg-5Al-1Sr合金的压缩稳态蠕变速率同拉伸稳态蠕变速率差别不大，表明其在蠕变中具有较好的拉压对称性。压铸Mg-5Al-1Sr合金的蠕变由空位扩散伴随的攀移控制，并没有随着应力方式的变化而变化。而重力铸造Mg-5Al-1Sr合金的压缩蠕变的稳态蠕变速率基本上要比拉伸蠕变低近一个数量级，表明其在蠕变中具有明显的拉压不对称性，这主要是由于重力铸造Mg-5Al-1Sr合金的压缩蠕变机制和拉伸蠕变不同造成的。压缩蠕变中存在位错强化是重力铸造Mg-5Al-1sr合金的压缩稳态蠕变速率低的主要原因。
对合金在蠕变过程中组织结构演化的研究表明，Mg-5Al-1Sr合金不但在高温高应力(175℃/85MPa)蠕变中，而且在高温低应力(175℃/50MPa)蠕变中，尤其在重力铸造合金中会产生大量的形变孪晶，位错在晶界Al4Sr相前的塞积导致的应力集中是高温低应力蠕变中孪晶形核的动力。Mg-5Al-1Sr合金在175℃/50MPa拉伸和压缩蠕变中形成的孪晶主要是{1012}孪晶，并没有发现{1011}孪晶，验证了在多晶体镁中，孪晶的类型与外加应力的方向之间没有关系。在蠕变过程中发现了孪晶与析出相存在交互作用，并通过计算证明了这种交互作用会导致Mg-5Al-1Sr合金中的Mg17Al12动力学析出从(0001)惯习面转变为(1010)惯习面，从而可以阻碍基面位错的运动，提高合金的抗蠕变性能。
在研究压铸Mg-Al-Ca-(Ti)合金的组织、力学性能和流动性的基础上，采用具有良好的抗蠕变性能和流动性的AC51T合金进行了赛车用汽缸套的工业试验。结果表明，AC51T比AXJ530耐热镁合金具有更好的压铸工艺性能，Ti的加入可以减轻Mg-Al-Ca合金的热裂和粘模程度，在冷室压铸条件下成功生产出合格的赛车用汽缸套，为压铸耐热镁合金的产业开发提供实践依据。