在汽车制造领域中对工程结构材料减重的强烈需求,推动了对轻质镁合金力学性能改善的研究。AZ91镁合金是汽车工业中常用的压铸材料,但其粗大的铸态晶粒尺寸不利于力学性能的提高。晶粒细化是改善镁合金力学性能的微观结构参数之一。大量的文献工作揭示了在AZ91镁合金中有几种晶粒细化的方法,如机械法、熔体过热处理和熔体添加技术。本论文重点研究了有无Ca和Si的RE(Ce、Sm)的晶粒细化及其对AZ91合金力学性能的影响。本文主要研究少量的稀土元素(Ce、Sm)、Ca和Si对AZ91镁合金晶粒细化与力学性能的影响,合金成分设计为:AZ91-1.0Ce-0.5Si、AZ91-1.0Ce-0.5Ca、AZ91-1.5Sm-0.8Si、AZ91-1.5Sm-0.8Ca。结果表明,Mg-9Al-0.7Zn合金主要由α-Mg和β-Mg??Al??相组成,随着合金化元素的加入β相体积分数减少,并且β相由于金属间化合物Al-Ce、Al-Sm、Al-Ca和Mg-Si的作用而显著细化。联合添加合金化元素显著减小了晶粒尺寸,AZ91-Ce-Ca合金中晶粒尺寸由AZ91的239.7±16.9μm减小到57.8±1.4μm,AZ91-Sm-Ca合金的晶粒尺寸减小到66.34±5.10μm。合金浇铸后进行时效处理,结果表明,Ca会显著抑制AZ91-Ce-Ca和AZ91-Sm-Ca合金的非连续析出相的析出。此外,铸态AZ91-Ce/Sm-Ca合金的屈服强度与延伸率最佳,AZ91-Ce-Ca和AZ91-Sm-Ca合金的屈服强度与AZ91合金屈服强度(91MPa)相比分别提高了31%和48%,分别为119 MPa和135 MPa。AZ91-Ce-Ca和AZ91-Sm-Ca合金的延伸率与AZ91合金延伸率(6.7%)相比分别提高了60%、降低了36%,分别为10.7%和4.32%。强度的提高是由于细晶强化以及晶界处分布的细小的β-Mg??Al??相和金属间化合物强化。在AZ91-Sm-Ca合金中形成的粗Al?Ca颗粒是脆性的,这可能随后使合金在室温下的伸长率恶化。T6态的AZ91-Ce/Sm-Ca合金的最佳屈服强度和延伸率分别为164 MPa/154 MPa和11.8%/7.1%,这是由于固溶态合金的晶粒尺寸减小。因此,在AZ91-Ce/Sm-Ca合金中加入Ca对铸态和时效态的晶粒细化、微观组织和力学性能均有有利的影响。