高强铝合金作为变形铝合金材料已广泛应用于航空、航天及军工行业。但由于其合金化程度高,直接铸造成形过程中不可避免地存在晶粒粗大、不均匀、偏析、疏松、热裂等缺陷,严重限制了其使用和发展。前期的研究结果表明,通过对高强铝合金熔体施加环缝式电磁搅拌处理(Annular Electromagnetic Stirring,AEMS)能有效促进熔体的强制对流,获得均匀分布的温度场和成分场,有利于细化晶粒和减轻偏析。但是现有的AEMS熔体处理方法只适合处理小体积(≤5Kg)高强铝合金熔体,无法满足大尺寸高强铝合金铸件对于大体积(220Kg)熔体处理质量的要求,限制了 AEMS技术在大尺寸高强铝合金零部件直接铸造成形领域的应用。因此,本文以AEMS为基础,发展了一种适合处理大体积熔体(≥20 kg)的新方法—复合环缝式电磁搅拌(Multi-Annular Electromagnetic Stirring,M-AEMS)法,并选择高强铝合金中典型的7075铝合金为研究对象,开展了高强铝合金熔体处理及大型铸件直接成形的研究。采用UG软件,在AEMS模型基础上,设计添加了电磁屏蔽模块和中心冷却模块,建立了适用于大体积7075铝合金熔体处理的M-AEMS模型。采用Ansys Workbench数值模拟平台研究了模型中的电磁发生模块、电磁屏蔽模块和中心冷却模块的结构对电磁场分布的影响并进行了优化设计。对M-AEMS熔体处理过程中7075铝合金熔体的电磁场、流场和温度场进行了耦合数值模拟研究,研究表明优化后的电磁发生模块和电磁屏蔽模块能有效的提高7075铝合金熔体中部和底部的磁场强度,同时降低熔体顶部的磁场强度,使得熔体中部和底部搅拌剧烈的同时还能保持较为稳定的熔体液面,产生的螺旋电磁场提高了流场的剪切强度;中心冷却模块提高了 7075铝合金熔体的冷却速率和M-AEMS模型的处理效率,与AEMS法相比,M-AEMS法的处理时间由27秒降低至11秒,使得M-AEMS方法能够在短时间内实现大体积高强铝合金熔体的温度场和成分场的均匀分布。基于M-AEMS模型结构参数的数值模拟优化结果,研制了处理能力为25 kg的M-AEMS熔体处理实验装置。采用该实验装置对质量为20kg的7075铝合金熔体处理过程中的电磁场、温度场、流场、液面形貌和最终凝固组织的微观组织结构、化学成分分布进行了实验研究。研究结果表明,在搅拌坩埚空载条件下,电磁场强度分布与数值模拟结果吻合较好。与AEMS法相比,经M-AEMS法处理的铸锭中Zn、Mg、Cu元素的宏观偏析率分别由4.4%、5.9%、6.5%降低至2.1%、3.3%和4.2%。铸锭的平均晶粒尺寸由170μm降低至118μm,晶粒形状因子由0.37提高至0.56,晶粒形貌的等轴化程度提高,并进一步从理论上分析了 M-AEMS方法对7075铝合金凝固行为的影响。运用M-AEMS熔体处理方法开展了 7075铝合金履带板液态模锻成形的应用研究,同时考察了 M-AEMS作用下Sc、Zr元素对组织和性能的影响。结果表明:①经M-AEMS处理后,7075铝合金履带板铸件的微观组织更加细小、均匀,铸件的平均晶粒尺寸由151μm降低至110μm,晶粒尺寸不均匀因子由3.3降低至2.5,铸件中Zn、Mg、Cu元素的宏观偏析率分别由2.4%、4.5%、5.2%降低至1.3%、1.8%、2.2%。②单独添加Sc、Zr元素但未经M-AEMS处理,7075铝合金履带板铸件的平均晶粒尺寸降低至61μm,晶粒尺寸不均匀为3.1,Zn、Mg、Cu元素的宏观偏析率分别为2.6%、4.3%、5.0%,晶粒尺寸不均匀因子和Zn、Mg、Cu元素的宏观偏析率无明显变化。③经M-AEMS和添加Sc、Zr元素处理后,7075铝合金履带板的平均晶粒尺寸降低至53μm,晶粒尺寸不均匀因子为2.3,Zn、Mg、Cu元素的宏观偏析率分别为1.1%、2.2%、1.9%,晶粒尺寸、晶粒尺寸不均匀因子和宏观偏析率均均明显降低。铸件经T6(固溶738 K×8 h+748 K×4 h,水淬,时效393 K×24 h)热处理后,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为:481 MPa、568 MPa、9.4%,力学性能接近7075铝合金锻件水平。