本文通过添加不同含量单一稀土Y和复合稀土Y、Sm元素来研究其对AZ91D镁合金微观组织和性能的影响,采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等测试技术以及熔体超声工艺、热处理工艺等强化手段,分析稀土元素对AZ91D合金的作用机理,并探究出最佳的热处理工艺制度及获得最佳性能下的添加量。研究表明:复合添加稀土Y和Sm对AZ91D合金的作用效果明显好于单一添加稀土Y对AZ91D合金的作用效果。在AZ91D合金中添加Y和Sm后,生成了亮白色的块状相Al2Y相和针状相Al2Sm相,可以作为α-Mg的有效异质形核点。在加入量为0.8wt%Y+1.0wt%Sm时,AZ91D合金的各项性能最佳,α-Mg晶粒尺寸最为细小,分布最为均匀,此时合金α-Mg相的晶粒尺寸为101.38μm,相较于未添加稀土的合金306.52μm,细化了66.9%,好于单一添加稀土的66.37%。另外,Y和Sm的加入还能很好的改善铸态AZ91D合金的室温力学性能。添加0.8wt%Y+1.0wt%Sm后,合金的硬度、抗拉强度及延伸率分别为67.42HV、153.37MPa和3.62%,分别比单独添加稀土Y提升了3.5%、20.86%和25.2%。但是超过这个最佳添加量后,合金的室温力学性能会下降。对复合添加稀土0.8wt%Y和1.0wt%Sm的AZ91D合金施加熔体超声工艺,研究表明:合金的晶粒尺寸先变小后变大,力学性能呈现先增大后减小的趋势。当施加的超声功率为700W时,超声通过空化与声流效应使α-Mg的晶粒尺寸达到最小,其值为81.38μm,较未施加超声时96.06μm细化了15.28%,还会击碎形成的β-Mg17Al12相、Al2Y和Al2Sm相,并且用声流效应把它们均匀的分散在溶体中,最后形成均匀细小的金属间析出相。最后,对超声700W后的含复合稀土的合金进行热处理,最佳固溶工艺为410℃+6h,时效工艺为200℃+25h。复合稀土Y和Sm对AZ91D合金的作用机理为:共晶反应生成的Al2Y相与Al2Sm相可以作为α-Mg凝固的有效异质形核点,提高形核率,细化晶粒;此外还能使网状的β-Mg17Al12相破碎为短杆状,从而使性能提高。