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Mg-Al-Zn(AZ系)合金是应用广泛的铸造镁合金,但其强度和塑性较低,不能用做承受较大载荷的结构零件。晶粒细化可提高AZ系合金的力学性能,通过在液态下添加细化剂来细化铸造合金的晶粒组织是一种廉价且实用的方法,因而得到了广泛关注和深入研究。而寻找适用于特定合金的晶粒细化剂则成为研究的重点。本文熔炼并制备了一种含有多种合金元素的复合细化剂Al-Sr-Mn-Ti-C,在铸造条件下将细化剂添加到液态AZ31和AZ91合金中,研究了复合细化剂加入量对AZ31和AZ91合金的铸态组织、晶粒尺寸及力学性能的影响;基于对细化剂微观组织的分析,运用边-边匹配模型探究了其细化机理;采用相对晶粒尺寸模型和相互依存理论模型预测了铸态AZ31和AZ91合金的晶粒尺寸。经Al-Sr-Mn-Ti-C复合细化剂细化处理后,铸态AZ31和AZ91合金组织中的二次枝晶发达,晶粒明显细化,晶界处的Mg17Al12相呈断网分布;金属型铸造AZ31和AZ91合金出现了非平衡凝固组织,即离异共晶和层片状共晶,细化处理使AZ91合金组织中的层片状共晶数量减少,AZ31合金中的离异共晶数量减少;当Al-Sr-Mn-Ti-C细化剂加入量为0.5wt%时,晶粒细化效果最好;由于晶粒细化,合金的屈服强度、抗拉强度和压缩率等力学性能均有较大提高。XRD和EDS分析结果表明:Al-Sr-Mn-Ti-C复合细化剂中生成了形态不同的Al4C3、Al8Mn5、TiC、Al4Sr四种化合物,通过边-边匹配模型计算发现,Al4C3与TiC、Al4C3与Mg具有晶体学位向关系,因此,TiC可以作为Al4C3的异质形核核心,而Al4C3又促进了 α-Mg形核。Al4Sr与Mg17Al12有良好的位向关系,可以作为Mg17Al12的形核基底,促进晶粒细化。运用相对晶粒尺寸模型计算了 AZ31和AZ91合金的相对晶粒尺寸RGS,采用相互依存理论模型计算了 AZ31和AZ91合金的理论晶粒尺寸,结果表明,相对晶粒尺寸模型能定性反映溶质Al含量对晶粒尺寸的影响,而相互依存理论模型能较准确地预测AZ系合金的实际晶粒尺寸。