Al-Pb偏晶合金材料具有较高的抗磨损性能、可靠的承载力和良好的自润滑性能,金属原料储备资源丰富且价格低廉,是一种潜在的优良轴瓦材料,在工业上具有较高的应用价值。但该类偏晶合金材料优异的物理性和力学性能只有在第二相均匀分布的偏晶合金凝固组织中才能体现,而该类偏晶合金的凝固组织形态在很大程度上取决于难混溶区液-液相分离和分解过程。因此,控制偏晶合金材料的凝固过程已成为提高材料性能和开发新材料的重要途径。本文选择典型的二元偏晶系Al-Pb合金为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的方法研究了无重力、重力、1T稳恒磁场、10T超导强磁场、不同合金成分及环境温度条件下Al-Pb偏晶合金难混溶区的凝固过程,揭示了稳恒磁场和超导强磁场在偏晶合金难混溶区液-液相分离和分解过程中的作用机制。采用欧拉-欧拉法建立了能够描述偏晶合金难混溶区凝固过程中第二相形核、扩散长大、Ostwald熟化、Marangoni迁移、Stokes运动以及Lorentz力、磁化力抑制对流等复杂物理过程的数学模型,并以守恒方程为基础建立了第二相液滴密度守恒方程以及两相溶质传输守恒方程。在CFD(Computational Fluid Dynamic)计算流体力学软件的基础上进行偏微分方程和物理量的二次开发,将第二相液滴密度守恒方程和两相溶质传输方程定义为UDS(UserDefineSalar)用户自定义标量,各守恒方程中的源项U、Q、M、C、I、FL、FS、FM、和FM2分别在各自定义的源项宏内采用UDF(UserDefineFounction)用户自定义函数编程实现,并加载到各方程中进行求解,采用UDM(User Define Memory)用户自定义存储器对数值计算过程中需要反复调用和读取的相关变量进行计算和存储。以CFD计算流体力学软件为计算平台,采用C++数学语言编制计算求解程序并在该计算程序下实现第二相液滴密度守恒方程和非稳态两相热量守恒方程、动量守恒方程、质量守恒方程和溶质守恒方程在特定的顺序下进行耦合求解,得到难混溶区不同凝固时间的温度场、速度场、浓度场、第二相体积分数和第二相液滴尺寸等的分布。采用建立的综合数学模型并按照特定的数值计算程序,通过改变初始条件和边界条件,数值模拟研究了无重力、重力、1T稳恒磁场、10T强磁场、不同合金成分、不同环境温度条件下的Al-Pb偏晶合金难混溶区凝固过程。由凝固过程中温度场、速度场、浓度场、第二相液滴平均直径和第二相体积分数分布的演变过程和分布情况,分析了各个物理场对凝固组织宏观偏析存在的影响。结果表明,施加1T稳恒磁场后,液滴的最大迁移速度下降为重力条件下的1.12%,液滴的最大平均直径约减小为重力条件下的10.51%,1T稳恒磁场有效降低了液滴的运动速度,有效细化了第二相液滴的尺寸,在一定程度上抑制了凝固组织的宏观偏析。施加10T强磁场后,第二相液滴的运动速度下降为重力条件下的0.11%,液滴最大平均直径约减小为19.1%,整个凝固过程中液滴的最大平均直径均在32.55-39.6μm,整个难混溶区凝固过程中各个物理场的分布呈较为均匀的中心对称分布。施加10T强磁场,显著抑制熔体中存在的多种对流,改变第二相液滴的受力状况,降低液滴的运动速率,控制了第二相的迁移,阻碍液滴间的碰撞凝并,抑制第二相液滴的重力沉降,细化液滴的尺寸的同时缩小液滴平均直径的分布范围,提高液滴在基体相中分布的均匀程度,且强磁场的作用效果明显好于1T磁场下的作用效果。开展了有、无强磁场条件下Al-10wt%Pb偏晶合金的凝固实验,结果表明,两种条件下富Pb相颗粒尺寸的正态分布存在差异。施加10T超导强磁场后,富Pb相颗粒的平均直径分布范围由2-25μm缩小到2-18μm,在相同的观测区域内,平均直径分布在2-4μm的富Pb相颗粒在试样上部出现的次数由170次左右提高到4100次左右,在试样下部出现的次数由1700次左右增加到了 4100次左右,且试样上部与下部中,平均直径分布在2-4μm的富Pb相颗粒出现的次数几乎相同。将所得到的实验研究结果与数值模拟结果以及他人的计算结果进行对比分析,验证数学模型的准确性和数值模拟结果的可靠性。实验研究结果和数值模拟结果均表明,10T超导强磁场促进了富Pb相的形核,影响了富Pb相颗粒的迁移,细化了富Pb相颗粒的尺寸,缩小了富Pb相颗粒平均直径的分布范围,有效改善了凝固组织的宏观偏析。