镁合金是工业应用中最轻的结构金属,纯镁的密度为1.74g/cm-3,是铝的2/3,钢的1/4,具有比强度比刚度高、导热导电性能好、阻尼减震、电磁屏蔽、易加工成形和容易回收等优点。广泛的应用于航空航天、交通运输、民用建筑等行业。而定向凝固技术是指在凝固过程中采用强制冷却手段,在凝固相和未凝固熔体中建立特定方向的温度梯度,使熔体形核后,凝固沿着与热流相反方向进行。由定向凝固技术制备的定向组织、甚至单晶材料具有优良的抗热冲击性能、较长的疲劳寿命、较高的蠕变抗力和中温塑性。定性凝固技术不仅仅应用于航空发动机和燃气轮机零部件制造,还广泛的应用于人工晶体、自生复合材料、磁性材料、泡沫材料等的制备领域。本论文中以应用最为广泛的铸造镁合金AZ91为实验合金,对AZ91镁合金定向凝固工艺进行了研究,优化了定向凝固镁合金AZ91工艺过程,落实辅助材料和设备的改进,能够顺利的制备出研究用的合格定向凝固镁合金棒料。利用光学显微镜、场发射扫描电镜、拉伸试验等多种分析及测试方法,系统地研究了定向凝固过程中固、液界面前沿液相中的温度梯度GL和固/液界面向前推进速度R对组织影响。总结了AZ91镁合金的组织与凝固速度之间的关系。研究结果表明,AZ91镁合金能够在非真空条件下进行定向凝固,通过改进设备提高了定向凝固过程的温度梯度,减少AZ91镁合金棒料中的夹杂和气孔等缺陷。对于定向凝固镁合金组织,不同的温度梯度和不同的抽拉速度对AZ91镁合金的生长方式与组织形态有明显的影响。在较低的温度梯度和较小的抽拉速度时,AZ91镁合金的生长方式以平面的方式进行;随着温度梯度增大和抽拉速度不变,平面生长方式失稳转变为胞状的生长方式;当温度梯度和抽拉速度都达到一定值时,AZ91镁合金的生长方式由胞晶转变为枝晶生长;进一步增大温度梯度和抽拉速度,枝晶生长方式又将转变为细胞状生长;当温度梯度足够高和抽拉速度足够大时,生长方式又会转变为平面生长。而镁合金的组织由均匀弥散的α相(Mg17Al12)分布,转变有趋向性的α相分布,再到粗胞状-枝晶-细胞状,随着温度梯度和抽拉速度的提高,组织为无成分扩散的网状组织。温度梯度和抽拉速度对AZ91镁合金的组织形态有着重要影响,通过调节不同的温度梯度和抽拉速度可以人为的控制AZ91镁合金的生长方式以及凝固组织。