镁合金具有低密度、高的比强度和比刚度、高阻尼、电磁屏蔽良好及机械加工方便等优点,特别适用于轻质结构件,近年来在航空、汽车和电子业中的应用得到了长足发展。另一方面,为克服镁合金强度低和塑性变形能力差的缺点,开发变形镁合金材料成为高性能镁合金的主要方向,而晶粒细化技术则是提高变形镁合金工艺性能以及开发高性能变形镁合金的技术基础。本文通过对纯镁和Mg-3Zn基合金添加Ca、Sr、Sb,对Mg-3Al基合金添加Sr、Ca研究了它们对基体的细化作用,建立了有效的晶粒细化技术基础。同时还针对合金的挤压、轧制和退火等加工处理的作了大量的探索性工作。运用光学金相分析（OM）,扫描电镜（SEM）,能谱分析（EDAX）,X射线衍射分析（XRD）及等离子耦合光谱（ICP）等多种分析和测试手段,较系统和深入地研究了上述合金元素对纯镁、变形镁合金Mg-3Zn、Mg-3Al组织结构和力学性能的影响及其作用机理。实验表明,少量Ca、Sr和Sb对纯镁和Mg-3Zn的铸态组织有显著细化作用,其中Ca在纯镁中以固溶原子的形式存在,在Mg-3Zn中则主要生成了Ca₂Mg₆Zn₃三元相,它与基体的晶体结构不具有匹配性,主要分布于晶粒边界及枝晶间隙,其细化作用主要来自对晶粒生长的抑制;Sr和Sb则分别与α-镁生成了六方的Mg₁₇Sr₂相和Mg₃Sb₂颗粒相,而未与Zn化合。这两种相与基体有一定的匹配性,可作为非自发形核衬底,具有更好的细化晶粒的效果。适量的加入各细化剂,显著提高了纯镁、Mg-3Zn合金挤压态和退火态的室温下的强度,对合金的塑性亦有所的改善;过量的加入Ca,在合金组织中生成的Ca₂Mg₆Zn₃相会连接成脆性的网状组织,从而使合金的强度下降。过量加入Sr、Sb则会引起Mg₁₇Sr₂相和Mg₃Sb₂相的长大,也会降低合金的塑性和强度。在Mg-3Al基体中加入Sr元素能通过降低合金过冷度和阻碍晶粒长大等方式显著地细化合金的铸态组织。在0.05wt%～1.0wt%的范围内,加入0.5wt%的Sr得到了最好的细化效果,且其细化效果优于Ca、Sr的复合加入或者单独加入Ca。当Sr含量增加到0.5wt%时基体中开始出现条块状的Al₃Mg₁₃Sr相,在AJ3100合金中还出现了极少量的层片状Al₄Sr相,这两种化合物都为具有一定的高温稳定性的脆性相。但Sr含量超过0.5wt%时Al₃Mg₁₃Sr、Al₄Sr等颗粒明显长大,降低了细化晶粒的效果而且使合金的强度和塑性下降。Mg-3Al基合金铸锭经挤压变形后的合金基本由动态再结晶组织构成,其组织较铸态显著细化,力学性能得到全面改善,表现为较高的强度和塑性。而挤压坯在轧制处理后呈加工硬化态,其组织由大量不规则变形的晶粒和孪晶组成,强度得到更大幅度的提高,延伸率则有所降低。退火使合金的强度随着退火温度的提高而逐步下降,延伸率逐步上升。轧制合金的再结晶晶粒尺寸明显小于铸态合金的晶粒尺寸,且强度仍大大高于铸态合金的强度。对加工态和退火态合金一致的是,Sr含量的提高总是伴随着强度的提高。在挤压后的轧制过程中都未发生动态再结晶。对其在不同温度退火1h的结果表明,各合金在150℃产生去应力回复;200℃时开始出现再结晶;300℃时Sr含量小于1.0wt%的合金基本完全再结晶,而Sr加入量达到1.0wt%后,合金的再结晶过程开始受到一定的延缓。