以改善Mg-Al系镁合金耐热性为目标,以AZ81镁合金为研究对象,通过合金设计与制备,运用扫描电子显微分析、X射线衍射分析和电子拉伸试验等材料现代分析和测试手段,系统地研究了Bi、Y和Nd对AZ81镁合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:适量Bi、Y和Nd能够细化AZ81镁合金的铸态组织。时效处理后组织更加改善,合金的力学性能显著提高。在AZ81镁合金中加入0.5wt%～2.5wt%Bi后,合金的铸态组织得到明显细化,析出Mg₁₇Al₁₂相和高熔点的Mg₃Bi₂相,分布在晶界和晶内。经固溶时效处理后,随着Bi含量的增加,铸态合金的抗拉强度和延伸率呈先升后降的趋势,在Bi含量为2.0wt%时,达到最大值;而时效态合金的室温和高温（150℃）抗拉强度,在研究的范围内随Bi含量的增加而增大,但延伸率在2.0wt%时为最大值（室温和高温）。在AZ81-2.0Bi合金中加入适量的稀土Y（0.6wt%～2.4wt%）后,细化了合金的铸态的组织,合金中Mg₁₇Al₁₂相的数量明显减少,在晶界和晶内析出高熔点的颗粒状的Al₂Y相和短棒状的Mg3Bi2相。固溶时效处理后组织更加改善,且随着Y含量的增加,合金在室温、150℃和175℃下的抗拉强度和延伸率呈先升后降的趋势。当Y含量为1.2wt%时,合金的抗拉强度和延伸率（室温、150℃、175℃）达到最大值,分别为253MPa、223MPa、203MPa和7.0%、11.7%、13.9%。在AZ81-2.0Bi-1.2Y合金中添加适量的Nd后,时效态合金中出现三种高熔点析出相:Mg₃Bi₂、Al₂Y、Al₂Nd,颗粒状的稀土化合物和短棒状的Mg₃Bi₂主要分布在晶界和晶内。经固溶时效处理后,随着Nd含量的增加,合金在室温和高温下的抗拉强度和延伸率呈先升后降的趋势,当Nd含量为1.2wt%时,合金的抗拉强度和延伸率同时达到最大值。