铸造镁合金因其密度小，加工制造灵活、比强度高等优点被广泛应用在各种工业领域中，但是仍远不及其它主要金属材料，这是由于镁合金自身强度低、脆性大等力学性能的不足。因此，研究改善其晶粒组织，通过细化晶粒的手段，改善合金的组织和力学性能，对于发挥镁合金材料的应用潜力及性能优势具有很大意义。本文以广泛应用的铸造镁合金AZ91D为研究对象，在合金分别添加MgCO₃和CaCO₃，通过原位反应合成法在合金中获得Al₄C₃，研究Al₄C₃对AZ91D镁合金的组织和力学性能的影响，分析原位反应的热力学以及动力学条件。借助光学显微镜、XRD、SEM、EDS、万能拉伸试验机和硬度测试仪等手段，对比分析了加入不同含量的MgCO₃和CaCO₃后，原位生成的Al₄C₃对合金组织和力学性能的影响。结果表明：在AZ91D镁合金熔体中加入MgCO₃或者CaCO₃，原位反应生成Al₄C₃质点，使合金组织显著得到细化，β-Mg17Al12相形貌发生转变，由大块的完全离异共晶组织和层片状的共生组织转变为部分离异共晶组织。加入1.0ωt%的MgCO₃及CaCO₃，生成的原位颗粒Al₄C₃对合金晶粒的细化效果最好，晶粒平均尺寸和平均面积均大幅度减小，生成的原位颗粒Al₄C₃使镁合金在较小过冷度时就可以得到细晶组织。力学性能测试分析表明，原位生成的Al₄C₃颗粒对AZ91D镁合金的硬度、抗拉强度以及延伸率都有显著提高，添加1.0ωt%的MgCO₃或者CaCO₃对合金的力学性能强化最为优秀。强韧化的机制有细晶强化和第二相强化两种，其中前者起主导作用。对比分析添加MgCO₃和CaCO₃后对合金组织和性能的影响可见，相同工艺条件下，添加MgCO₃对合金组织细化更为有效，使合金得到更为优秀的力学性能。