镁合金是目前为止最轻的结构材料,Mg-Al系合金是发展最早、应用范围最广的一系列镁合金,其中晶粒细化是提高铸坯质量以及保证后期使用机械性能的重要途径。碳质孕育晶粒细化方法由于操作简单、成本低廉、细化效果不易衰退等优点,已经成为Mg-Al系合金主要的细化方法。但实际工业生产中,目前还没有一种有效的商用细化剂,主要是碳质孕育晶粒细化方法相关机理没有被完全揭示。本文中,选择高纯Mg-9Al合金为研究对象,在本能晶粒细化基础上,添加不同含量的Mn、Fe元素考察其对合金晶粒尺寸的影响以及机理。在Mn、Fe元素作用下,向合金熔体中添加碳质细化剂,研究Mn、Fe元素对Mg-9Al合金碳质孕育晶粒细化的影响及其机理。论文的主要结论如下：(1)当合金中添加不同含量Mn元素时,Mn对高纯Mg-9Al合金晶粒尺寸几乎没有影响。由于Al-C晶核作用下导致高纯Mg-Al系出现合金本能晶粒细化现象,当Mn元素进入合金熔体中与Al-C晶核发生物理吸附或化学反应生成形核能力较差的Al-C-Mn化合物,此化合物形核能力随Mn含量的升高而降低,而在实验中,由于Al元素偏析导致的“晶粒生长限制”作用以及优先析出的Al-Mn颗粒带来的钉扎作用使得合金晶粒尺寸最终没有变化。实验结果表明,Al-Mn颗粒带来的钉扎效应以及Al元素偏析导致的晶粒生长限制作用基本上可以消除Al-C-Mn颗粒的消极影响。(2)在添加不同含量Mn元素的基础上对合金熔体进行碳质孕育晶粒细化处理,新生成的Al-C颗粒对合金晶粒尺寸没有影响。在Al偏析导致晶粒生长限制以及Al-Mn颗粒的钉扎效应作用下,合金晶粒尺寸已经优化到高纯Mg-9Al合金时的晶粒尺寸,所以当合金再次进行碳质孕育晶粒细化处理时,相变潜热限制了晶粒尺寸的进一步细化。(3)当合金熔体中添加不同含量的Fe元素时,在本能晶粒细化的基础上,引起了合金晶粒尺寸的规律性变化。当Fe添加量较低时,Fe对合金中Al-C晶核的影响不大,不会引起合金晶粒的粗化；当Fe添加量处于0.1wt.%～0.3wt.%时(实际含量为0.0014wt.%～0.030wt.%),Fe可以吸附在Al-C晶核上形成Al-C-Fe颗粒,Al-C-Fe颗粒的晶体结构随着Fe含量的升高与Al-C晶核将出现明显的差异,导致晶核与α-Mg晶格不匹配,造成晶粒粗化；当Fe添加量超过0.3wt.%时(实际含量为0.030wt.%-0.038wt.%),Al-C-Fe化合物中Fe含量继续上升导致化合物向含有更高Fe含量的物质转变,晶核结构再次发生转变,并向接近晶核的方向发展,使化合物再次成为晶核,细化了合金组织。(4)当Fe含量较低时,Fe对本能晶粒细化的影响不大,再次进行碳质孕育处理时,新生成的含碳晶核由于潜热限制,无法发挥应有的细化作用,最终晶粒尺寸变化不大；当Fe逐渐升高时,Fe的存在致使高纯熔体中含碳晶核结构或性质发生明显改变,促使了晶粒较明显粗化,再次进行碳质孕育处理时,新生成的含碳晶核起到一定的细化作用；当Fe添加量继续升高时,高纯熔体中原本晶核结构发生明显变化的晶核继续向更高Fe含量的物质转化,并再次与α-Mg匹配成为晶核,在此基础上进行碳质孕育细化处理,将使得原来可作为晶核的高Fe化合物中夹杂有C元素,最终晶核的结构再次发生变化,不利于合金形核过程的发生,最终导致晶粒粗化。