金属熔体具有遗传性,熔体结构及热历史影响着凝固组织的结构及性能,故熔体结构及液-固相关性的研究具有很高的科学意义和应用价值。然而,由于合金熔体常处于高温条件及其结构的不确定性给实验和理论研究带来了很多难题,致使相关理论匮乏。本文选取具有优良性能且用途广泛但熔体相关研究很少的铝镁合金体系,首先对熔体相关原理及铝镁合金熔体相关研究进行了系统学习并作简要综述,然后根据铝镁合金相图选取成分点,制定并开展了一系列的实验及模拟,研究其熔体结构及其液-固相关性,旨在加深对熔体结构遗传性的认识、完善相关理论,为改善铸件质量、提高生产效率及开发新工艺提供理论和技术基础。基于现有熔体结构模型及电阻率理论,采用直流四电极法测试了Al(100-x)Mgx(x=0,10,20,30,40,50)合金熔体不同升/降温速率下的电阻率,从电子层次获得其结构及升/降温过程的电阻率-温度特性;并结合电阻率实验结果,进行了不同浇注温度及不同冷速下Al(100-x)Mgx(x=0,10,30)合金熔体浇注实验,通过对所得凝固组织形貌和硬度的对比分析,从宏观上间接地探究其液-固相关性。结果表明,铝镁合金熔体电阻率随温度增加基本呈线性增加,但随着γ相的出现,在液-固相变温区电阻率表现出负温度系数;随着Mg含量的增加,熔体中的Al-Mg团簇增加,使得合金熔体及相应的凝固组织相继变得更加均匀;升/降温速率越大,相变的滞后现象越明显;较大的冷却速度及较高的浇注温度有助于形成细小均匀而硬度高的凝固组织。实验所得的电阻率变化、凝固组织及硬度差别三者之间存在很好的定性对应关系。为从微观上获得凝固过程中的结构信息,采用分子动力学模拟对Al(100-x)Mgx(x=0,10,30)合金四种热历史条件下快速凝固过程中的双体分布函数、热力学量及动力学量以及原子团簇等进行了对比分析,探究了冷却速率和Mg含量对快速凝固过程及熔体结构的影响,并依据相关理论提出了团簇准过渡态模型。结果表明,熔体微观结构转变过程中会发生团簇选择和团簇转变,并存在处于准过渡态的团簇;作为一种过冷液体中的典型团簇,二十面体相关团簇的含量随着冷速的增大先增加(晶体中)后减小(金属玻璃中),而面心立方结构相关团簇一直减小,这证明了团簇演变现象的存在;热历史对快速凝固过程的影响主要表现在过冷液相区,冷却速率越大,弛豫度越大,一方面使得保留下来的处于准过渡态的团簇增加,另一方面均匀无序的熔体凝固过程中结晶过冷度增大,导致热力学上某一时刻晶核数目越多、尺寸差别越小,同时抑制了长大过程;如果冷却速度足够大使过冷度达到了玻璃化转变区域,则随冷速增大,形核率降低而非晶含量增加,使得体系保留下来的能量也越高;保温可以降低微观结构转变过程的弛豫度;随Mg含量的增加,熔体中Mg和Al的自由体积均减小而抑制了原子运动,从而增大体系快速凝固过程中的结构弛豫度,这也是铝镁合金的玻璃形成能力很强的原因;铝镁非晶合金及熔体主要是由以Al为中心原子的二十面体结构相关的团簇彼此间无序连接而成;Al70Mg30非晶合金双体分布函数第一峰的劈裂主要源于Al和Mg形成的以Al为中心原子的二十面体相关团簇,而其他峰的宽化和劈裂主要是由短程序及中程序类型的增多及其连接方式的多样性造成。根据以上所得结果进行了热速处理机制探究实验,通过对不同热历史条件下所得纯铝及Al90Mg10合金的冷却曲线、凝固组织形貌及力学性能的对比分析,进一步探究热历史对凝固组织的影响,并类比生物生长历程结合相关理论和结果系统地分析了熔体遗传性的机制。结果表明,微观不均匀结构存在于熔体中并通过参与形核影响铸件的性能,可以看作熔体中的基因;冷却速率越大且熔体越均匀,结晶过冷度越大,热力学上某一时刻晶核数目越多、尺寸差别越小且长大过程受到抑制,从而利于形成均匀细小的晶粒;随熔体温度升高,熔体中的原子运动及团簇转变得到加强,减弱了微观不均性,进而相继导致相对均匀的熔体结构和凝固组织;随浇注温度的升高,熔体的微观不均匀性减弱而结晶前冷却速度增大,增强了结构弛豫,从而利于形成均匀细小的凝固组织,但同时浇注温度的升高减少了异质形核的核心,也增加了结晶时间,易导致晶粒粗大,二者的综合作用导致凝固组织的强度随浇注温度的升高先增加后减少;热速处理通过提高熔体温度减弱熔体的微观不均匀性,通过添加冷料把温度迅速降到浇注温度来加强结构弛豫以及通过对熔体最高温度、浇注温度、保温时间以及冷料的量和形式的恰当选择来调控弛豫,从而改善凝固组织并提高铸件力学性能。