目前,全球航空航天和轨道交通产业正处于高速发展阶段,需要大量高性能材料为其保驾护航。在众多高性能材料之中,大规格高强韧铝合金占据着举足轻重的地位。航空航天和轨道交通用高强韧铝合金通常为变形件,因此其性能一方面取决于变形工艺,另一方面也取决于变形加工的基础——铸锭。但是,随着铸锭规格的增大,组织粗大、不均匀以及宏观偏析等问题愈发严重,极大地削弱了材料的服役性能。传统电磁搅拌法通常施加于熔体外部,由于交变电磁场存在集肤效应,因此只能解决较小规格铸锭中存在的这些问题,对直径超过600mm的铸锭的搅拌效果则大打折扣。为此,本文发明了在熔体内部施加兼具冷却功能的电磁搅拌新方法——内置电磁搅拌,开展了内置电磁搅拌半连续铸造制备大规格高强韧铝合金铸锭的数值模拟和实验研究,具体的研究内容和研究结果如下:(1)建立了温度场、速度场和电磁场相耦合的内置电磁搅拌半连续铸造数学模型,通过数值模拟考察了内置电磁搅拌产生磁场的基本规律,验证了内置电磁搅拌法的可行性和高效性,探究了半连续铸造过程中内置电磁搅拌的电流频率、中心冷却位置和冷却强度对熔体速度场和温度场的影响,确定了较为适宜的半连续铸造和内置电磁搅拌工艺参数,为后续的实验研究提供了参考依据。(2)在数值模拟的基础上,开发了内置电磁搅拌技术装备原型,并将其应用于大规格高强韧铝合金铸锭的制备。结果显示,对于直径508mm2219铝合金铸锭,内置电磁搅拌法可显著细化、均匀化组织,从边部到心部的平均晶粒尺寸在124～135μm之间。内置电磁搅拌法还大幅减少了疏松缺陷的数量,显著改善了Cu元素的宏观偏析,铸锭边部和心部的相对偏析率分别降低至4.0%和2.3%。对于直径508mm7050铝合金铸锭和直径630mm超大规格2219铝合金铸锭,内置电磁搅拌法同样可以起到细化组织和减轻宏观偏析的作用。相较于传统电磁搅拌法,内置电磁搅拌法对组织的细化和成分的均匀化效果更加明显。(3)在数值模拟和实验研究的基础上,探究了内置电磁搅拌作用下铸锭组织细化及成分均匀化的机理。内置电磁搅拌法增加了晶核的数量,提高了晶核的存活率并促使其分散地更加均匀。磁场减小了系统自由能,进而减小了临界形核半径和临界形核功。内置电磁搅拌法减小了温度梯度G,增加了单位体积中最初可获得的非均匀形核基底颗粒的总数N0,为柱状晶向等轴晶的转变提供了有利条件。热电第二效应和心部冷却通过影响柱状晶生长前沿的过冷度,进而对柱状晶向等轴晶转变产生影响。当ATp