本文自主开发了一种能够高效率制备优质半固态浆料的流变铸造工艺，即剪切低温浇注(Low Superheat Pouring with a Shear Field，简称LSPSF)。自行建造了一台LSPSF实验机，系统研究了工艺参数对铝合金半固态组织的影响规律，深入考察了LSPSF条件下初生固相的形态演变过程和球晶组织形成机理，在此基础上对YL112合金的流变压铸、变形铝合金的流变挤压铸造进行了实验研究。主要研究内容和获得的成果如下：采用LSPSF工艺成功制备了铸造铝合金A356，高强铸造铝合金201，压铸专用铝合金YL112，变形铝合金2024、6082和7075一系列铝合金的半固态浆料。浆料特征为：初生α-A1细小、球形、内部无夹裹的液相、均匀分布于基体中。目前，LSPSF工艺制备1.5kg的上述6种合金半固态浆料用时约15-25s。揭示了工艺参数对铝合金半固态组织的影响规律。浇注温度、输送管转速和输送管倾角共同影响着输送管对合金熔体的激冷和搅拌混合强度，最终决定着合金熔体的出口温度。只要浇注温度、输送管转速和输送管倾角能够良好地匹配，使出口温度低于合金液相线温度，便可以获得优良的半固态浆料。给出了获得上述6种铝合金优质半固态浆料的工艺参数范围。当输送管转速和输送管倾角均在有效范围内时，随着浇注温度的降低，初生α-A1经历了由粗大树枝晶→蔷薇晶→细小球形／近球形晶的演变过程。在锡冷铜模铸造、流变压铸及V形钢模铸造条件下，分别考察了Al-20wt．％Cu和AlSi9Cu3合金在LSPSF工艺条件下初生固相的形成过程及球晶界面稳定性。发现：(1)合金熔体中自由晶数目和浆料冷却速度共同决定着初生固相的尺寸和形态。自由晶数目少、冷却速度高，树枝晶形成的倾向较大；自由晶数量多、冷却速度低，球晶或近球晶形成趋势大。(2)Al-20wt．％Cu和AlSi9Cu3合金中最早(凝固发生3S)观察到的初生组织为细小球形，并在整个演变过程中始终保持球形，没有枝晶组织出现，从实验上证明LSPSF工艺可以从液相中直接获得球形组织。(3)浆料固相率和浆料冷却速度共同决定着球形初生固相的稳定性，高固相率和低冷却速度有利于保持初生固相的界面稳定性，维持其以球形生长。根据瞬态形核理论和晶粒游离理论，对LSPSF工艺条件下合金熔体的形核与自由晶形成进行了理论分析。认为，在LSPSF工艺中，低过热浇注、凝固初期的激冷和搅拌混合可有效地激发熔体形核，促进晶粒游离，提高游离晶的存活率，这是半固态组织细化的本质所在。确立了LSPSF条件下半固态初生组织形成机制以球状生长机制为主而非传统的树枝晶破碎机制。建立了模拟流变铸造微观组织形成的Cellular Automaton模型，深入考察了冷却强度和晶粒密度对流变铸造中初生α-A1形态的影响，与实验吻合很好。根据M-S稳定性理论，提出了“扩散场叠加”原理：晶粒周围溶质扩散层的叠加影响着液固界面处引起界面失稳的浓度梯度，影响着晶粒周围溶质浓度的分布，进而影响初生相的生长形态，认为在高晶粒密度和缓慢冷却条件下，过冷熔体中形核晶体生长方式以球状生长为主。研究了压铸专用合金YL112的流变压铸工艺。将LSPSF浆料制备工艺和传统压铸HPDC工艺相结合，开发了流变压铸工艺，探讨了定量浇注和浆料输送方法。与HPDC相比，流变压铸可改善铸件的微观组织、提高铸件的致密性和力学性能，尤其延伸率提高明显。可采用热处理进一步提高YL112合金的力学性能。研究了变形铝合金流变挤压铸造工艺。分析了2024和7075流变挤压铸造的微观组织特征、缺陷、液相偏析、半固态浆料的充型性能；研究了2024变形铝合金流变挤压铸造后的固熔处理制度和力学性能。与普通挤压铸造相比，流变挤压铸造可改善铸件的微观组织，提高铸件的力学性能。固溶处理可有效地改善流变挤压铸造产生的微观偏析。500℃，12h固溶处理+170℃人工时效12h的T6热处理制度可大幅度提高流变挤压铸造2024合金的力学性能，达到触变模锻的水平，但仍低于普通锻造。