镁合金凭借密度小、比强度及比刚度高的综合优点，在航空航天、汽车交通等领域具有广阔的应用前景。然而由于镁合金结晶区间宽、热容小、结晶潜热低，采用传统铸造方法获得的镁合金铸件晶粒组织粗大、凝固补缩困难，易出现缩孔、缩松及热裂等缺陷，无法满足极端条件下的高性能结构件使用。采用加压凝固方式可以改善合金液的流动形态，促使其在枝晶间流动，实现糊状区的有效补缩。然而大多数镁合金枝晶组织发达，当固相率仅20%~30%时就因网状结构的形成而降低了熔体流动性，导致枝晶封闭区域无法进行补缩。晶粒细化不仅能够提高合金塑性及强度等综合性能，还可以增强糊状区金属液的流动能力，有利于降低组元偏析，抑制低熔点脆性相的形成。因此，深入开展镁合金组织细化研究，合理揭示其影响下的加压凝固挤渗行为，对高性能镁合金的制备具有重要的指导意义。本文采用真空感应熔炼与惰性气体保护相结合的方式，通过改变稀土元素Ce和SiC孕育剂的含量，系统研究AZ91D镁合金的晶粒尺寸及物相结构变化规律，获得最佳细化工艺。结合固溶处理技术，进一步研究了SiC颗粒参与下镁合金组织中汉字状Mg2Si相的球化过程，为镁合金组织改性提供依据。基于差热分析技术，实现了固相体积分数转变的定量描述，研究了凝固过程中不同凝固压力对细化后的AZ91D镁合金组织形貌及致密度的影响规律，并揭示出相应的凝固挤渗行为，为镁合金力学性能的改善提供理论依据。晶粒细化实验结果表明，当镁合金中添加0.75wt%Ce时，AZ91D合金的平均晶粒尺寸由铸态480μm显著降低至184μm，同时共晶相变得细小弥散。组织细化结果可归因于凝固过程中溶质再分配导致固/液界面前沿成分过冷度提高，并且形成Al11Ce3相对晶界有一定钉扎作用。添加0.2wt%SiC后，AZ91D合金细化效果最好，平均晶粒尺寸进一步减至124μm。由于SiC颗粒和Al4C3相与-Mg具有相似晶格结构，在凝固过程中可作为有效异质形核核心，促进形核数目的增加，同时Mg2Si的存在对晶界迁移起钉扎作用，有效抑制晶粒生长，二者共同作用导致最佳细化效果的获得。400℃×16h固溶处理后，AZ91D+0.2wt%SiC镁合金组织中相消失，汉字状Mg2Si相得到显著球化，进而减弱了其对基体组织的割裂作用。加压凝固实验结果表明，晶粒组织的细化有利于提高液态金属的补缩能力，改善合金微观组织及致密度。随凝固压力增大，晶粒数目逐渐增多，晶粒尺寸进一步降低。当凝固压力为200kPa时,AZ91D+0.2wt%SiC镁合金力学拉伸强度为151.85MPa。经400℃×16h固溶处理后,Mg2Si的球化导致试棒拉伸强度进一步提高至167MPa。根据最小二乘法拟合得出晶粒尺寸D与凝固压力P0之间的关系为D=a0P03-a1P02-a2P0+a3。在此基础上,利用凝固补缩模型,建立起真空加压凝固条件下AZ91D镁合金补缩速度与晶粒尺寸之间的数学关系：