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Mg-RE-Zr合金以其密度及性能上的优势,在汽车、航天、微电子等领域具有广阔的应用前景。本文采用光学显微镜、扫描子显微镜、XRD衍射分析仪及电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)研究了原始Zr颗粒对晶粒细化的影响,Mg-RE-Zr合金中Zr的晶粒细化机理及不同凝固速度下Mg-RE-Zr合金的铸态组织变化。原始Zr颗粒对晶粒细化起重要作用。相同成分的Mg-33.3Zr中间合金中Zr颗粒的大小、密度、分布不同。Mg-33.3Zr中间合金中Zr主要以未溶解Zr颗粒呈团簇状弥散分布,Mg-Zr Master-1中Zr颗粒尺寸在0~13μm之间,Mg-ZrMaster-2中Zr颗粒尺寸在0~10μm之间。研究表明:随原始Zr颗粒平均尺寸由2.39μm减小到1.77μm,生成富Zr环的平均尺寸由24.89μm减小到16.68μm,富Zr环密度由313个/mm2增加到459个/mm2,晶粒平均尺寸从55μm降低到40μm。富Zr环的密度与1~8μm之间原始Zr颗粒的密度近似成正比关系,因此富Zr环的形成主要取决于原始Zr颗粒。镁合金中由于加入了RE和Zn,最大溶解Zr量从0.597%增加到0.98%。与Mg-Zr合金相比,WE43合金中富Zr环平均尺寸降低到10μm,富Zr环密度增加到759个/mm2,平均晶粒尺寸降低到20μm。溶解Zr的提高一方面促进了包晶温度附近Zr粒子的析出,促进了异质形核几率;另一方面增大了生长限制因子,抑制晶粒长大作用增强,从而细化晶粒。随着冷却速度从100℃/s降低至0.67℃/s,WE43合金的平均晶粒尺寸从9μm增加到52μm;富Zr环形貌依次演变为多层晕圈状、单层晕圈状、无晕圈状,快速凝固下主要为带状偏析机制形成晕圈状富Zr环,慢速凝固下主要为包晶反应及扩散控制形成无晕圈状富Zr环。随冷却速度的提高,富Zr环中心的未溶Zr核心的平均尺寸降低,原因是过冷度的增大降低了临界形核半径。