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镁合金是密度最低的金属结构材料,具有高比强、高阻尼以及优异机加工性能和易回收等优点,在多个领域有广阔的应用前景。但是与铝合金相比,由于镁合金的密排六方晶体结构,使它的绝对强度和室温塑性仍然偏低,而晶粒细化是提高镁合金强度和塑性最有效的途径之一。本文基于凝固理论和晶粒细化理论,开展变形镁铝合金的晶粒细化研究,探索镁铝合金晶粒细化机制,提出新的晶粒细化模型,为晶粒细化剂的选择和晶粒细化工艺参数的优化提供良好的基础研究。本文选用变形镁合金AZ31为基体,研究溶质元素Gd、Nd和A1N颗粒及外场对合金显微组织和力学性能的影响,并在成分过冷形核模型的基础上,提出适合于镁铝合金的晶粒细化模型,论文研究得到如下的主要结论：稀土元素Gd和Nd的添加影响了AZ31镁合金的显微组织和力学性能：添加溶质元素之后,AZ31合金的晶粒尺寸先增加,当Gd含量为0.6%、Nd含量为0.8%时,合金的晶粒尺寸开始减小,这与溶质元素抑制生长的能力有关；溶质元素的添加影响了合金中β-Mg17Al12相的析出和分布,Gd和Nd分别与合金中的Al元素形成了新的化合物相Al2Nd和AlNd3、Al2Gd,弥散分布在晶粒内部和晶界处；Gd和Nd的添加影响了合金的力学性能,并使合金的断裂机制从准解理断裂向韧性断裂的方向变化；A1N颗粒对AZ31镁合金来说,是一种有效的、稳定的晶粒细化剂,能明显细化合金的显微组织,SEM和EDS分析结果证明A1N颗粒在合金中通过增加异质形核质点的方式来细化合金组织,并且面错配度公式计算结果表明,A1N颗粒与α-Mg的错配度最小值是3.05%,是有效的形核质点,为AlN颗粒异质形核细化合金组织提供了理论依据；螺旋磁场是旋转磁场和行波磁场的叠加,通过改变AZ31镁合金的凝固过程来提高合金的形核率,它的施加细化了AZ31合金的显微组织,边部和心部晶粒尺寸由约400μm和321μm降到约为251μm和263μm；同时磁场产生的洛伦兹力改变了合金中的析出相形态,使之从连续状分布变成断续、弥散分布；在Gd、Nd对AZ31镁合金的晶粒细化试验的基础上,根据成分过冷驱动形核机制,考虑溶质元素与合金中的Al元素发生反应消耗了铝的含量,提出适合于镁铝合金晶粒细化过程的新模型,并利用Nd和Zr复合作用细化AZ31合金的试验验证了模型的适用性。