凝固过程中的宏微观传输行为对铸件凝固后的组织、成分及性能起着至关重要的作用。对合金(尤其是多元多相合金)凝固过程的宏微观传输现象进行模型化，通过有效地预测并控制凝固过程中的宏微观传输行为，实现参数优化并控制铸件的性能具有重要的意义，也是铸造工作者长期致力研究的课题。　　本文首先基于Thermo-Calc软件，将相图计算引入合金宏微观凝固传输模拟中来，实现了相图计算与凝固传输模拟之间的耦合，为本文后续的多元合金的凝固传输模拟解决了热力学数据的获取问题。以二元Al-4.5Cu(质量分数，下同)与Fe-0.55C合金变截面类叶片铸件的宏微观凝固传输为例，证实了本文凝固传输模拟耦合相图计算的可靠性。　　通过对合金凝固过程宏微观溶质传输行为的模型化，将固相反扩散统一参数Ф扩展到三元合金，建立了三元共晶合金枝晶凝固微观偏析的解析模型与数值微分模型，并分别针对两种模型提出了可以计算三元匀/共晶类合金体系凝固路径及微观偏析算法。基于Thermo-Calc软件及相关的数据库编写了能够计算三元匀/共晶类合金凝固路径的FORTRAN程序。对不同固相反扩散参数及凝固速率等条件下Fe-V-Cr、Al-Cu-Si、Al-Cu-Mg及Al-Si-Mg等三元合金系凝固路径实例计算表明，本文建立的模型及Thermo-Calc耦合算法是正确有效的。　　选取不同成分的Al-Cu-Si和Al-Si-Mg三元合金，进行了不同冷速条件下的凝固实验，获取了合金的凝固速率、二次枝晶间距等参数，并确定了各合金的凝固路径。对实验结果分析发现：冷却速率对凝固组织影响明显，本文实验条件下随着冷却速率的提高，二次枝晶间距降低，非平衡共晶相的含量递增。通过实验条件下的凝固路径计算结果与实验结果的对比，证实了本文提出的模型及算法的准确性。对不同成分的三元Al-Cu-Si合金的系统研究表明：靠近三元共晶点和二元共晶沟的成分，凝固速率对凝固路径的影响并不明显，而远离共晶点的成分受凝固速率的影响较大。另外，对实验所获得的不同冷速的铝合金铸锭进行了均匀化热处理实验，研究了热扩散过程对不同冷速凝固组织的影响。发现均匀化处理可以明显地溶解非平衡共晶相，对于本文所选合金，热处理后和热处理前原始组织中共晶相含量的比值随着凝固速率的减小而增加。在同一热处理工艺过程中，由于原始组织的尺度不同，同种非平衡第二相可能处于溶解、溶断、粒化和粗化等不同的阶段。在均匀化热处理温度与时间一定的情况下，凝固速率越高，原始凝固组织越细小，粒状化效果也越好。　　将二元合金凝固传输模型及算法扩展到多元合金的形式，针对三元合金凝固传输宏微观耦合模型，提出耦合Thermo-Calc的T-fS-CL数值迭代计算方法，并对数值解法的收敛性进行了证明。基于以上多元合金凝固传输模型及算法，编制Fortran模拟程序，对合金Al-10.5Cu-7.5Si三元合金的凝固传输进行了模拟计算，计算过程采用了三种不同的热力学数据获取方法：耦合相图计算法、查表法、拟合函数法。不同热力学数据获取方法的模拟结果对比，一方面证明了本文提出模型与算法的准确性，另一方面得出结论：拟合函数法和查表法的计算效率远高于耦合相图计算法，而拟合函数法所用时间大约是查表法的65％。　　将多元合金宏微观耦合模型及T-fS-CL求解算法应用于预测Biot≤0.1合金的凝固路径及微观组织含量的预测。通过合金Al-2.0Si-3.0Mg与Al-5.17Cu-2.63Si的实例计算及实验验证，证明了算法与模型的准确性。　　选择Al-3.46Cu-5.70Si合金，通过定向凝固实验得到柱状晶定向凝固组织。通过设定与实验相同的条件，对该合金定向凝固过程进行了模拟计算。结果表明：温度场、成分场模拟值与实验值均达到了较好的一致，从而证明了本文模型与算法的准确性。