随着计算机技术的飞速发展,凝固过程的微观数值模拟已成为当前材料科学领域的研究热点.显微偏析数值模拟作为凝固过程微观模拟的研究方向之一,可以用来评价和优化工艺,指导后续加工处理,提高铸件质量,具有重要的实际应用价值.该文在前人所做工作的基础上,建立了耦合相图计算的显微偏析模型和数值方法,在微观计算中考虑了主要的动力学因素,包括树枝晶的粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的热物性参数.宏/微观耦合采用简化的迭代耦合方法,在宏观计算中应用了近期先进的潜热处理方法.在建立显微偏析模型和算法的基础上,在VC++ 6.0平台上开发了合金凝固过程显微偏析形成数值模拟软件,并且耦合了相图计算软件Pandat 2.0.该文以水冷金属型内凝固的Al-4.5％wt Cu合金铸锭为例进行了仿真计算,程序运行结果表明,该软件具有很好的计算效率.为了验证所建立的显微偏析模型以及算法,进行了与模拟实例相同条件下的试验研究,并且测定了铸锭中特定点的冷却曲线和实际显微偏析参数,包括二次臂间距、共晶相体积分数、二次臂内的溶质分布状况.结果表明,宏观计算冷却曲线与测定的冷却曲线吻合很好,显微偏析的模拟结果与试验结果也比较一致.所以该文的显微偏析模型和算法可以真实地反映合金凝固过程中显微偏析的形成过程.该文研究了微观时间步数对显微偏析模拟的影响,指出基于迭代方法的显微偏析模拟结果与微观时间步数之间的关系为弱影响,不需大量的微观节点数目即可获得收敛很好的模拟结果;讨论了枝晶尖端过冷对显微偏析参数的影响,对于该文所研究的系统及凝固条件,枝晶尖端过冷对显微偏析计算结果的影响不显著;此外,该文还研究了计算相图对显微偏析模拟结果的影响,指出当采用简化相图时,共晶相体积分数的计算结果与试验结果相去甚远,不能得到准确的显微偏析模拟结果.