常规冷速条件下镁合金自发凝固后所形成的晶粒组织粗大,体积收缩率大以及变形能力差等缺点严重限制了镁合金材料的发展。晶粒细化能够显著改善材料超塑性,高耐腐蚀性,优化第二相的分布及形貌,因此通过研究高效变质剂以及凝固工艺来实现合金组织细化是拓展镁合金工业应用的有效途径。稀土元素所具备的独特核外电子分布特性使其有利于作为变质剂实现镁合金细化,提高镁合金强度,同时其与合金中元素结合形成长条状高熔点化合物从而改善高温蠕变性能。提高合金凝固冷速会加快固/液界面推移速率,有效抑制成分偏析,增大元素在基体内固溶度,消除近平衡凝固下由于溶质元素偏析所导致的晶界有害相形成。因此采用稀土添加和快冷技术相结合,有望制备出具有良好热稳定性的细晶组织,为高强度镁合金开发提供参考。本文选择阶梯铜模喷铸与稀土元素相结合方式,深入研究了不同冷速及稀土含量参与下Mg-6Al合金的组织形貌、晶粒尺寸及相结构演变行为,重点讨论了稀土中间相的形成及其尺寸对凝固组织细化的影响。在此基础上,针对稀土变质前后快冷Mg-6Al合金的热处理组织转变进行系统研究,对比分析了200℃等温时效和400℃等温固溶条件下高温易软化β-Mg₁₇Al₁₂相体积分数及分布状态的动态转变过程,并对不同工艺制备下的快冷镁合金进行显微硬度测定。主要研究结果如下:变质细化实验表明:随着稀土Y的不断加入,快冷合金的平均晶粒尺寸先降低后增大,其中1wt%Y添加时细化效果最好,平均晶粒尺寸由未添加的58μm显著降至21μm,并形成大量粒状晶。其细化机理在于稀土元素富集引起固/液界面前沿成分过冷区抑制α-Mg相生长以及稳定稀土相的形成促进形核。快冷实验表明:近平衡凝固及快冷Mg-6Al-xY合金中均生成Al₂Y相,但不同成分的合金会导致稀土相的形貌及体积分数发生显著变化。随铜模内径下降,晶粒细化效果增加。相比于铸态Mg-6Al-1Y合金中的平均晶粒尺寸118μm,铜模内径为2mm时的合金冷却速度最大,所形成的晶粒尺寸仅为5μm。与此同时,冷速的提高导致β-Mg₁₇Al₁₂相含量持续下降,有利于过饱和固溶体的形成。通过对比分析上述不同条件下的组织细化效果发现,加快冷速所导致的细化能力优于稀土添加。变质处理和铜模快冷技术手段相结合的细化效果优于单一手段的采用并能显著降低合金中共晶组织的体积分数。虽然不同工艺条件下所制备合金的细化机理不同,但其硬度变化同平均晶粒尺寸的变化表现一致。热稳定性实验结果表明:铜模快冷Mg-6Al合金经200℃等温处理,随时间的延长,晶粒形貌变化不大,但Al元素会从高饱和基体内不断析出,导致β-Mg₁₇Al₁₂相的体积分数持续增加。铜模快冷Mg-6Al-xY合金经200℃等温处理,晶界处析出沉淀相由未添加Y的层片状转为窄细状,即加入Y可有利于分散β相。铜模喷铸Mg-6Al合金经400℃+2h固溶处理后,合金晶界少许出现并随时间延长越发清晰可见。铜模喷铸Mg-6Al-xY合金经400℃+2h固溶处理后,随时间的延长,晶界基本始终未出现,β-Mg₁₇Al₁₂很大程度的溶解甚至得到消除,微量残留物匀称且呈絮状在基体中和晶界处。形成的稀土相在高温下可有效的阻碍晶粒长大,其本身低高温下未发现变化。