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对镁有明显的细化效果的元素Zr,主要用于Mg–Zn和Mg–RE系镁合金的晶粒细化,而应用最广的Mg-Al系合金不能用Zr来细化,因此寻找新型的晶粒细化剂很有必要。本文通过错配度计算,熔点、各元素之间电负性差的比较,设计Mg-0.6Ca-xPb、Mg-0.6Ca-xSn两种中间合金系,通过组织与物相分析,删选出Mg-0.6Ca-1.8Pb、Mg-0.6Ca-1.9Sn两种中间合金,进行热挤压处理,并将挤压棒材添加进AZ31合金中,进行组织与物相分析,研究其细化机理,结果表明:采用电阻熔炼炉,在SF6+CO2气氛下,制备了Mg-0.6Ca-xPb、Mg-0.6Ca-xSn两种不同系列合金。其中Mg-0.6Ca组织粗大,二次枝晶臂平均间距为25.2μm,平均晶粒尺寸为274μm;随着Pb含量的增加,二次枝晶臂间距与晶粒尺寸开始减小,当添加1.8%Pb时,组织最为细小,二次枝晶臂平均间距减小到11.8μm,平均晶粒尺寸细化至127μm,细化效果主要是因为Ca2Pb、Mg2Ca相钉扎晶粒长大,以及Ca2Pb相的异质形核共同作用。随着Sn含量的增加,二次枝晶臂间距与晶粒尺寸呈现波动趋势,当添加1.9%Sn时,组织相对最为细小,二次枝晶臂平均间距为8.6μm,平均晶粒尺寸细化至94μm,细化效果主要是因为CaMgSn、Mg2Sn相钉扎晶粒长大,以及CaMgSn相的异质形核共同作用。选取Mg-0.6Ca-1.8Pb、Mg-0.6Ca-1.9Sn两种中间合金,通过固溶处理和挤压变形改善第二相分布与形貌,第二相由团聚的状态转变为弥散分布,晶粒尺寸也有大幅度的减小,第二相分别为Ca2Pb、Mg2Ca、Mg1.86Pb;CaMgSn、Mg2Sn,热挤压过程不会改变物相种类。制备的中间合金对AZ31有较好的细化效果,AZ31二次枝晶臂平均间距为38.0μm,平均晶粒尺寸为182μm;当Ca、Pb量达到0.73%时,二次枝晶臂平均间距减小至34.8μm,平均晶粒尺寸细化至90μm,细化效果主要是因为Ca2Pb相、反应生成的Al2Ca相的异质形核并钉扎晶粒长大;当Ca、Sn量达到0.8%时,二次枝晶臂平均间距为33.3μm,平均晶粒尺寸细化至93μm,细化效果主要是因为CaMgSn、Mg2Sn相钉扎晶粒长大,以及CaMgSn相的异质形核共同作用。