镁合金由于具有密度低、阻尼性能好、以及比强度和比刚度高等优点，近年来成为汽车、电子行业首选的轻质结构材料。但是镁合金的强度较低和塑性变形能力较差，限制了它作为轻质结构材料的应用范围。在合金中加入晶粒细化剂是物理冶金中强化合金并提高合金综合力学性能的主要途径之一。本文在总结有关镁合金各种晶粒细化技术的基础上，用Ca、Ca/Si、A1<,3>Ti和Al<,4>C<,3>作为晶粒细化剂在纯镁和变形镁合金AZ31中进行了系列工艺实验。运用光学金相分析(OM)，扫描电镜(SEM)，电子束微区分析(EDAX)，X射线衍射分析，等离子耦合光谱(ICP)等多种分析和测试手段，较系统和深入地研究了几种晶粒细化剂对纯镁和变形镁合金AZ31组织结构和力学性能的影响及其作用机理。 研究发现，当少量Ca(≤0.3wt％)加入到纯镁和AZ31合金中后，能够显著地细化铸锭组织，但继续增加Ca的加入量后，细化效果不明显。在AZ31中，Ca的加入与Al形成A1<,2>Ca相，它具有颗粒状和片状的两种形貌。在含少量Ca的AZ31合金中再加入少量Si，会在合金中形成弥散分布的颗粒状Mg<,2>Si相。与单独加入Ca相比，Ca和Si同时加入细化效果更明显。过量的加入Ca或Si(>0.3wt％)，在合金组织中生成的Al<,2>Ca或Mg<,2>Si相会连接成脆性的网状组织或汉字状组织，细化效果减弱。 在纯镁和AZ31合金中加入少量的AllOTi中间合金和Al-C预制块后，能分别形成多边形颗粒Al<,3>Ti和Al<,4>C<,3>。两者作为晶粒细化剂，同样可以显著地细化铸态合金的晶粒尺寸。与A1<,3>Ti相比，Al<,4>C<,3>作为晶粒细化剂的效果更佳。过量的加入Al<,3>Ti或Al<,4>C<,3>，与Ca/Si晶粒细化剂一样，并不能提高晶粒细化剂的细化效果。 在AZ31中加入各晶粒细化剂后，各铸态合金的屈服强度均随细化效果的增强而提高，规律服从Hall-Petch公式。在用砂型模制备的AZ31合金中加入适量的Ca、Ca/Si、A1<,3>Ti和Al<,4>C<,3>细化剂后，铸态合金的室温抗拉强度分别比AZ31提高了18MPa、40MPa、39MPa和42MPa。对于用水冷铜模制备的铸锭，合金强度得到进一步提高。各细化剂加入后，合金力学性能的变化趋势与砂型模制备的合金相同。 本文中采用了合理的挤压和轧制工艺，将AZ31基合金)加工成了型材，并得到理想的形变组织。对各合金形变态和退火处理后的研究结果表明：加入晶粒细化剂后，对合金的再结晶温度没有明显影响，各合金的再结晶温度在250"C～300℃之间。低于再结晶温度退火时，发生高温回复(150℃)或部分再结晶(200℃)。随着退火温度的提高，各合金的强度逐步下降，延伸率逐步上升。各晶粒细化剂的加入，能提高不同温度退火处理后基体合金的强度。