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镁合金在航空航天、3C产品领域使用比较广泛。近年来，汽车轻量化是汽车行业的重点议题，镁合金因其低廉的价格，较小的密度受到了极大关注，但由于单纯的铸态镁合金铸造缺陷较多，抗拉强度等力学性能较差，无法满足实际生产要求，所以，研发性能优良的高强度镁合金势在必行。目前，对Mg-5Zn合金组织的研究不少，而对于Mg-Zn-Ca系合金组织演变规律不够系统。本文采用重力铸造和超声波搅拌两种方法制备Mg-5Zn-2Ca镁合金，并对重力铸造获得的合金进行固溶处理、单级时效处理和双级时效处理，利用光学显微镜、扫描电镜（SEM）与万能材料试验机等设备及能谱（EDS）分析、X射线衍射分析、显微硬度测试等手段对Mg-5Zn-2Ca镁合金组织演变规律及性能进行分析。实验结果表明：向Mg-5Zn合金中添加Ca元素，合金晶粒细化，合金中生成了黑色块状的Mg2Ca相和连续分布的白色网状的Ca2Mg6Zn3相，这两种新生相都分布在晶界处。在额定频率、指定输出功率进行超声波搅拌熔炼Mg-5Zn-2Ca合金，在超声搅拌处理时间为100s时，合金晶粒形状随超声搅拌处理温度升高从粗大树枝晶向细小等轴晶变化，在搅拌温度为690℃，搅拌时间为100s时，晶粒细化效果最好，合金室温下的抗拉强度、屈服强度和伸长率达到最大值，分别为150.38Mpa、96.7MPa和9.23%。Mg-5Zn-2Ca合金在经过固溶+时效处理后，晶界处分布的黑色块状Mg2Ca相和白色网状Ca2Mg6Zn3相数量减少，合金基体中的第二相增多，块状Mg2Ca变成球状，在基体中大量弥散分布。Mg-5Zn-2Ca合金单级时效和双级时效处理后各个温度的显微硬度变化呈现出较为相似的规律。单级时效处理温度为180℃时，Mg-5Zn-2Ca镁合金硬度随时效时间增加呈上升趋势，在时效4h后基本达到最大值，此后时效时间增加对硬度的影响效果不佳。单级时效处理温度为200℃及220℃时，Mg-5Zn-25Ca镁合金硬度随时效时间变化也呈先上升后下降的变化形式，在时效处理时间为2h时合金硬度都获得最大值，并且单级时效处理温度为200℃获得的最大显微硬度值高于单级时效处理温度为220℃的显微硬度。在各个温度进行双级时效处理整体优于单级时效处理获得的显微硬度值，在双极时效处理温度为200℃，时效时间2h时，合金获得的显微硬度最高，为96.5HV。