目前应用的稀土镁合金多以Gd元素作为主元素,同时添加其他稀土元素,如Y,Nd等。合金中多组元稀土元素的复合添加,忽略了单一Gd元素对合金组织和性能的影响,特别是从凝固的角度研究Gd元素对合金的作用机制。良好的熔炼工艺不仅可以改善稀土镁合金的铸造组织与综合性能,提高稀土元素的利用率,同时还可以降低镁合金的制备成本。由于稀土元素Gd的密度远大于镁的密度,在凝固过程中容易出现宏观偏析,后续加工难以消除,并且稀土镁合金的铸态组织对其后续制备过程起重要作用,因此本文拟以Mg-xGd-Zr稀土镁合金为研究对象,通过改变Gd元素的含量,并对其制备工艺进行优化,获得一种宏观偏析较少,微观偏析可控的Mg-Gd合金的熔炼工艺,揭示Gd元素在纯Mg熔体的扩散机制,为其他种类的稀土元素在镁合金中的熔炼工艺起着借鉴作用。研究了合金制备工艺对凝固组织的影响,结果表明充分搅拌与提高冷却速度有利于获得偏析程度较小的试样,随着熔炼温度升高,凝固组织的晶粒减小,晶粒大小受到冷却速度与组织内的Gd含量二者的综合影响,优化的制备工艺为熔炼温度800℃以上,经过充分搅拌,降温至800℃以下进行铸造,在15℃的冷水中进行淬火凝固。原材料使用的纯Gd在Mg液中是扩散—溶解的模式；Mg-30Gd中间合金是熔化—共晶分解的模式,导致进入到熔体中的初始Gd原子的聚集程度与形成的液态结构均不同。纯Gd在熔体中的初始扩散占据了整个熔炼过程的相当一大部分时间,而中间合金只要经过共晶组织的分解即可完成游离态Gd原子的转变,缩短了整个熔炼过程。研究了Gd含量与热处理对合金组织与力学性能的影响,结果表明在铸态组织中,Gd含量升高使共晶组织析出增多,且合金晶粒逐渐变小,合金呈脆性断裂。经过固溶处理后,分布在晶界上的共晶组织回溶,但是出现了明显的晶粒长大现象,导致合金强度下降,断裂方式呈穿晶断裂。继续进行时效处理后,由于沉淀强化的作用使合金强度升高,合金呈沿晶断裂。合金的抗拉强度,屈服强度,硬度与Gd含量成正比,延伸率与Gd含量呈反比。提出了Gd元素在Mg熔体中的溶解扩散模型。Gd元素在Mg熔体中溶解的过程主要分为三个阶段：原子激活阶段；稳态形成阶段；失稳与新稳态形成阶段。凝固组织中,Gd周围的化合物的分布受温度与Gd浓度的影响。在试样高向,Gd原子的扩散距离极短,Gd与Mg的密度差导致严重的比重偏析。在铸锭水平方向,保温温度越高,扩散至熔体中的Gd元素含量越高,Gd原子的扩散距离也逐渐增大,局部溶质原子的偏聚程度越低,在同等条件下对枝晶生长的抑制作用也有所减弱。