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镁-稀土系合金是近年来新开发的变形镁合金，具有优异的耐热、耐蚀性及较高的力学性能，成为近期结构材料的研究热点之一。目前，在变形镁合金中添加稀土元素主要朝着以下两个方向发展：一是改善耐热性能，二是提高室温力学性能。对于后者来说，通过添加稀土元素改变现有商业镁合金的强化机制是备受关注的焦点。本文以Mg-Nd、Mg-Nd-Zr(NK)和Mg-Nd-Sm-Zr(NSK)系合金为主要研究对象，运用光学金相分析(OM)。扫描电子显微分析(SEM)，电子束微区分析(EDAX)，X射线衍射分析(XRD)，等离子耦合光谱(ICP)，透射电子显微分析(TEM)等多种分析和测试手段，系统研究了不同形变工艺(挤压、轧制)及热处理(固溶处理、时效处理)对Mg-Nd、NK及NSK系合金显微组织和力学性能的影响，并对稀土元素Nd的作用机理进行了探讨。
Mg-Nd、NK及NSK系合金的铸态组织皆由α-Mg基体和呈离异共晶形貌的镁-稀土中间相组成。在Mg-Nd和Mg-Nd-Zr这两个合金系中，中间相是Mg<,12>Nd，而在Mg-Nd-Sm-Zr四元合金中，分布于晶问的中间相是Mg-Sm三元化合物，采用XRD方法未能鉴别其结构。在三个系列的合金中，随稀土元素加入量的增加，中间相的百分数逐渐增加，且合金晶粒尺寸逐渐减小。对于Mg-Nd二元合金，随Nd加入量的增加，晶间相从分散点状或条状(N2合金)发展成连续网状(N4合金)。在铸态合金中，Zr明显地细化了合金晶粒，而挤压后的热处理过程中，Zr发挥了抑制NK系合金荐结晶晶粒长大的作用。在稀土总添加量相同的情况下，不含Sm的NK410合金中的晶间相的百分数远高于含Sm的NSK221合金。用部分的Sm取代Nd后，合金中晶间中间相的形貌由NK系的连续分布转变为NSK系的镶嵌或骨骼式断续分布。热挤压加工后，镁稀土中间相沿挤压方向呈纤维或颗粒状分布。由于挤压温度较高。三个系列合金在挤压过程中都发生了动态再结晶。对挤压后经固溶处理的板材热轧加工，少量未溶于基体的第二相被破碎成细小颗粒弥敖分布于晶内或晶界，且晶粒沿轧制方向被拉长变形。
本文对三系列变形态合金时效工艺研究表明，三个合金系的典型成分合金在时效过程(T6处理)中硬度峰值分别出现在：175℃/1h(N2)，225℃/2h(NK409)，250℃/1h(NSK221)．利用TEM及SEM研究了N2、NK407和NSK221合金固溶时效后的显徽组织。结果表明，时效组织中出现了带状分布的β和呈针片状形貌的β相颗粒，颗粒的尺度均在100mm以下。在不含Sm的二元N2合金及三元NK407合金时效态试样中，β相和时效初期析出的β相与基体具有一定的位向关系，且β相与基体间具有较好的原子匹配度。
在Mg-Nd系及NSK系合金中，随Nd或Sm含量增加，各态下合金强度呈递增趋势，而延伸率却逐渐降低。NK系合金中，随Zr含量增加，形变及形变热处理态下合金强度、延伸率变化情况同上述两系列合金一致，但铸态下合金性能变化趋势却相反。
挤压及轧制加工使铸态合金力学性能得到大幅提高，这主要是由于动态再结晶后的细晶强化及形变后的加工硬化作用。对经热挤压和热轧成形的三系列合金，直接时效(T5处理)可以得到形变强化和时效硬化的双重作用，因此．合金呈现良好的综合力学性能。对于Mg-Nd基合金，T5处理是一种简便而又有效的热处理工艺方法。与二元Mg-4Nd合金相比，Zr的加入，使NK系合金铸态及挤压热处理态试样强度都有不同程度的提高。用等量Sm取代Nd，使NSK221合金各态力学性能较NK410都有不同程度的降低。这主要是Sm在镁基体中固溶度较大，致使铸态及挤压态合金中第二相数量相应减少，且Nd较Sm具有更好的晶粒细化作用。