镁合金是最轻的金属结构材料,具有高的比强度和比刚度。在交通运输领域,镁合金的应用满足了减重的需要,被认为是最具有前景的金属材料。镁合金的性能依赖于凝固过程中形成的组织。细小的晶粒组织可显著改善镁合金的综合性能。通常人们通过加入细化剂、改善冷却条件等工艺措施获得细小的晶粒组织。然而工艺参数与凝固组织之间存在着复杂的关系。数值模拟技术在凝固组织研究中是一种重要而且高效的手段,不仅能优化工艺参数而且节约成本。本文建立了一种新的模型来模拟均匀温度场下镁合金凝固组织。该模型采用了概率性元胞法(正方形元胞、四邻胞配置)；凝固过程中的形核由高斯分布形核模型控制；枝晶的晶向随机定义；枝晶尖端的生长速度由KGT模型计算后拟合成三次多项式；元胞的捕捉和状态转换规则由针对镁合金密排六方特性设计的“角点生长算法”控制。利用该模型计算了单个晶粒的生长过程,结果表明晶粒生长过程中始终保持其原有的晶向,而不会向CA网格偏转,避免了CA网格的“伪各向异性”,任意晶向的枝晶生长模拟非常容易实现。多个等轴晶的生长模拟能够体现出晶粒的竞争生长以及CET转变。模拟得到的晶粒组织与实验结果吻合,证实了该模型的正确性。均匀温度场的假设限制了模型的应用。随后开发了适用于非均匀温度场的宏微观耦合模型。模型采用两套网格—宏观有限差分网格和微观元胞格子。宏观有限差分网格用来计算温度场：组织演变用微观元胞计算。元胞释放的潜热反馈到宏观有限差分节点。模型引入了全新的机制来控制计算过程中潜热的释放。当温度降低到虚拟液相线(定义为元胞的形核温度)时开始释放潜热。模拟时的形核参数由实验确定；边界条件通过不断调整确定。基于这些参数模拟了铸锭的凝固过程。与实际的冷却过程相似,由于凝固潜热的释放,预测的冷却曲线在低于液相线某个温度时出现明显的斜率变化。虽然当前的模型未考虑枝晶的形貌,模拟得到的晶粒密度与实验吻合。最后利用该模型模拟了异质质点性质对凝固组织的影响。异质质点的数量越多、形核过冷度越小,晶粒越细小。异质质点对晶界的钉扎作用以及溶质的偏析作用均能降低晶粒的生长速度,从而提高晶粒细化效果。