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通过在ZM21合金（Mg-2Zn-Mn）中加入微量Nd、Sm和Ca元素，制备出Mg-2Zn-Mn （0#）、 Mg-2Zn-Mn-0.4Nd （1#）、 Mg-2Zn-Mn-0.4Sm （2#）、Mg-2Zn-Mn-0.4Ca（3#）、Mg-2Zn-Mn-0.4Nd-0.8Ca（4#）和Mg-2Zn-Mn-0.4Nd-0.8Sm（5#）六种合金，利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）及能谱分析（EDS）、差热分析（DSC）、X衍射分析（XRD）等手段，对六种合金的铸态、均匀化态和挤压态组织、相和力学性能进行了对比研究；对Mg-2Zn-Mn-0.5Nd合金的挤压温度进行了优化。所得研究结果如下：①微量Nd、Sm和Ca元素的加入，可使ZM21合金的铸态组织得到不同程度的细化。ZM21合金的物相组成为α-Mg和α-Mn相；加入微量Nd，1#合金形成了两种Mg-Zn-Nd三元相，即T2（（Mg,Zn）11.5Nd）和T3（（Mg,Zn）3Nd））相；单独加入微量Sm，2#合金形成了Mg41Sm5二元相和Mg3Zn6Sm三元相；单独加入微量Ca，合金中形成了Ca2Mg6Zn3三元相；复合添加Nd和Ca，合金中形成了三种三元相，即T2、T3和Ca2Mg6Zn3；复合添加Nd和Sm，合金中形成了（Mg,Zn）11.5（NdSm））、（Mg,Zn）3（NdSm））及Mg3Zn6Sm三元相。②六种铸态合金经400℃×12h均匀化退火处理后，ZM21合金和添加Sm元素的合金枝晶偏析基本消除，晶界清晰可见，晶粒尺寸较大；添加Nd的合金与添加Ca的合金中还存在少量的粒状第二相未溶入基体中；两种复合添加的合金枝晶偏析消除程度较低，仍有粒状和杆状的第二相存在，晶界不明显，但组织的细化效果比较显著。经均匀化退火处理后，铸态合金中过饱和的Mn原子析出，使得均匀化态合金中的α-Mn相增多。③经400℃×12h均匀化后于350℃热挤压变形后，ZM21合金的屈服强度σs为175MPa、抗拉强度σb为248MPa、延伸率δ为16.5%。添加Nd的1#和添加Sm的2#合金，延伸率都在16%左右，而屈服强度较0#合金分别提高了66MPa和44MPa，抗拉强度σb分别提高了38MPa和25MPa。单独添加Ca元素的3#合金，屈服强度σs为200MPa、抗拉强度σb为265MPa，延伸率δ为19.5%。复合添加Nd和Ca的4#合金屈服强度σs为298MPa、抗拉强度σb为314MPa，延伸率δ却减小到4.3%。复合加入Nd和Sm的5#合金，屈服强度σs为199MPa、抗拉强度σb为264MPa，延伸率δ为22.4%。④各种合金经350℃热挤压变形后的组织，均为细小等轴的再结晶晶粒组成，第二相呈细小颗粒状分布于晶界附近，第二相种类相对铸态未发生变化。ZM21挤压态合金的平均晶粒尺寸为8.25μm；添加微量元素的合金，挤压态组织较ZM21合金有不同程度的细化，其中复合添加Nd和Ca的4#合金细化效果更显著，平均晶粒尺寸仅为1.63μm。六种合金都形成了以{10—10}晶面衍射为最强峰的基面织构，其中4#元素的合金衍射峰强度最高，使得该合金的塑性大大降低。同时，4#合金的轴比增大至1.6239，合金的对称性变差，也对塑性有不利影响。⑤Mg-2Zn-Mn-0.5Nd合金在260℃和300℃挤压，所得为不完全再结晶组织；在340℃、380℃及420℃挤压，可得到完全再结晶组织；挤压温度由260℃升高到340℃时，强度变化不明显，塑性由18.6%下降到14.1%；挤压温度由340℃升高到420℃时，合金室温延伸率由14.1%升高到26.9%，伴随强度明显下降。260℃挤压的合金综合性能较好：屈服强度σs为255MPa、抗拉强度σb为298MPa、延伸率为18.6%。将260℃挤压后的合金进行300℃×0.5h的退火处理后，变形组织消失，合金全部由等轴晶粒组成；随退火温度的升高，260℃挤压和340℃挤压的合金晶粒都有粗化现象。经二元线性回归得出260℃挤压的合金静态再结晶激活能为20.59KJ/mol。