随着全球资源与能源的减少,以及国际社会对轻量化和节能减排的日益重视,铸造镁稀土合金作为最轻的金属结构材料,以其优良的高温强度、良好的塑性、较强的抗蠕变性能以及阻尼抗震性,受到航空航天、航海、汽车等工业领域的普遍关注。其中金属凝固微观组织的演化过程作为决定合金铸件机械性能的重要参数,对铸件的力学和机械性能产生重大影响。因此,深入了解镁稀土合金不同条件下凝固组织的形态和生长行为,对实施调控措施,优化设计铸件的生产工艺、保证合金内在质量和提高铸件性能至关重要。本文选用具有hcp结构体系的Mg-Gd系合金作为研究对象,利用同步辐射X射线成像技术,控制温度梯度4K/mm不变,对不同特征结构、冷速和成分下,合金凝固过程中形成的微观组织特征如晶粒尺寸分布、枝晶臂间距、溶质分布,以及枝晶动态演化如枝晶的生长、断裂、漂移等行为进行理论分析。实验发现在同一温度梯度、不同特征结构下,微观组织演化过程存在较大差距。特征结构对枝晶的生长速率有很大影响,其中T型结构对枝晶生长有抑制作用,而变截面则促进枝晶生长;T型结构内的溶质倾向于向凸台底部富集,但T型结构中部并未出现溶质过度缺乏的现象,变截面结构内的溶质则是在肩部富集。除矩形结构外,同时在T型结构和变截面结构中出现了枝晶臂断裂、漂移等现象。利用同步辐射X射线原位成像技术在不同冷却速度下对Mg-15Gd-1Zn（wt.%）合金凝固微观组织演化过程进行实时、动态观测。控制温度梯度不变,研究枝晶生长速度时,Mg-15Gd-1Zn（wt.%）合金枝晶生长速度随着冷速的增加而增加;二次枝晶臂间距与冷速成指数关系,二次枝晶臂间距随着冷速的增加而快速降低;不同冷速下,尖端半径大小关系为R_0.025K/s>R_0.05K/s>R_0.1K/s>R_0.25K/s>R_0.5K/s,Mg-Gd-Zn系合金枝晶尖端半径尺寸的大小随着冷速的增大而降低。恒定温度梯度,冷却速率不变,发现不同合金成分下,Zn元素对Mg-Gd系合金枝晶的生长速率、二次枝晶臂间距和尖端半径均有促进作用。相比于Mg-15Gd（wt.%）合金,添加1%的Zn元素,对枝晶二次枝晶臂间距和尖端半径有极大提升,但对于枝晶生长速率促进效果并不明显。上述Mg-Gd系合金成像结果完善和验证了金属合金凝固理论,尤其是为同步辐射状态下的金属凝固过程提供一手实验数据。同步辐射成像技术作为一种研究合金凝固微观组织演化过程的新思路和实验手段,弥补了传统实验和表征技术因自身局限性不能对合金凝固微观组织进行实时、动态、定量和准确描述的问题。