镁合金密度小,比强度、比刚度高,减震和切削性能好,同时具有导热导电性能强及能回收利用等优点,广泛应用于电子、国防、航空航天等领域。但镁合金滑移系较少,绝对强度和塑性不及铝合金。晶粒细化可同时提高合金的强度和塑性,拓宽镁合金的应用范围。因此,研发与制备一种高效的细化剂对镁合金的发展具有重大意义。此外,镁合金中的变形镁合金比铸造镁合金更具有优良的综合力学性能,应用更加广泛。因此,本论文制备出Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂,用于AZ31变形镁合金的改性,并剖析Al-Ti-C-Gd对AZ31细化效果和细化机理的影响。采用熔体反应法制备了Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂,分析了不同Gd含量对中间合金细化剂微观组织的影响。将Al-Ti-C-Gd中间合金应用到AZ31镁合金中,揭示其对AZ31晶粒尺寸的影响,并分析了细化机理。结果表明,不同Gd含量的Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂对AZ31均具有较好的细化效果,其中Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd的细化效果最显著。1.5%Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd细化剂能将合金的平均晶粒尺寸从393μm细化到92μm,细化效率达76.6%。细化后AZ31合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别从43.5MPa、128.25MPa、7.9%提高到63MPa、205.45MPa、16.05%。此外,细化前后AZ31合金轧制态晶粒尺寸也有明显变化。轧制后AZ31原始平均晶粒尺寸约30μm,添加1%和1.5%的Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd中间合金后,轧制态AZ31平均晶粒尺寸分别为26μm和19μm,织构也发生了轻微的弱化。晶粒细化对轧制态AZ31的力学性能也有影响,添加1.5%Al-3.3Ti-1.9C-2.8Gd后,轧制态AZ31的抗拉强度从217.5MPa升高到278MPa,屈服强度从144.1MPa升高到201MPa,伸长率从8.5%提高到了13.95%。Al-Ti-C-Gd中间合金细化剂对AZ31合金晶粒细化效率显著的主要原因是TiC颗粒的异质形核作用、Al-Gd金属间化合物对α-Mg晶粒生长的限制作用、TiC颗粒团聚集在α-Mg晶界处形成溶质过冷层以及含Al、Gd、Ti等元素的颗粒团聚集在α-Mg晶界处使AZ31中β-Mg₁₇Al₁₂相更均匀分布的作用。研究了添加不同Gd含量Al-Ti-C-Gd中间合金中相组成和微观组织的变化,XRD结果表明,中间合金中都有TiAl₃,TiC,Ti₂Al₂₀Gd和α-Al相。稀土Gd可促进各元素之间的润湿性,改变TiAl₃相的形貌。加入稀土Gd后,中间合金中会产生一种特殊的壳核结构TiAl₃/Ti₂Al₂₀Gd,且随稀土元素Gd的增加,壳核结构外层的Ti₂Al₂₀Gd逐渐变厚,内部的TiAl₃相尺寸逐渐变小,这种壳核结构在加入到AZ31后,其特殊结构可逐级释放溶质元素,影响细化作用,提高细化效率。