铝合金DC铸造铸锭中的合金元素偏析,包括微观和宏观偏析,是一种组织缺陷,也是造成铸锭乃至产品组织性能不均的重要原因。本文利用LFEC(低频电磁铸造),在DC铸造时施加低频磁场,来改善铸锭合金元素的微观和宏观偏析,为铝合金铸锭的偏析抑制提供技术支持和理论依据。本文以Φ200mm的Al-4.5%Cu合金铸锭和Φ200mm的7075合金铸锭为研究对象,采用实验方法比较了DC和LFEC铸造工艺的铸锭晶粒尺寸,二次枝晶臂间距和晶界共晶相含量,利用电子探针微区分析(EPMA)技术测定了合金元素的分布,绘制了合金元素的分布曲线,并计算了合金元素的有效分配系数。结合微观偏析测量结果建立了数学模型,模拟了铸造过程中的流场、温度场和溶质场,分析了低频电磁铸造电磁参数对铸锭宏观偏析的改善机理。本文首先研究了两种合金的微观偏析。通过比较DC和LFEC的铸锭凝固组织,发现低频电磁场有效地细化了晶粒,同时增加了二次枝晶臂间距。其基本原因是低频电磁场使凝固过程中晶粒形核增加,搅动使固-液界面前沿的浓度边界层变薄,减弱了枝晶尖端的成分过冷,导致生长速度较快的生长方向与生长速度较慢的生长方向的生长速度差变小,使得枝晶臂变粗。测量凝固组织中的非平衡共晶组织的面积分数和尺寸发现,施加低频电磁场加快了凝固过程中的冷却速度,使得合金元素在α-A1中固溶量增加,非平衡共晶量减少,非平衡共晶组织变得细小。增大磁场强度效果更显著。采用电子探针测量了Al-4.5%Cu合金中Cu的分布,利用F-G排序法将结果绘制分布曲线,并计算出Cu的有效分配系数,通过比较得出：与DC铸造相比,由于在LFEC过程中凝固速度高,使Cu含量在最初过渡区升高,在最终过渡区降低,减少了合金元素在枝晶臂中心和枝晶臂边缘的含量差,使其在枝晶内部分布均匀,即LFEC改善了Cu的微观偏析。利用F-G排序法绘制7075合金中合金元素的分布曲线,并计算溶质有效分配系数。由于合金元素之间的交互作用,Zn、Mg和Cu的有效分配系数以不同的方式向单位1增大。观察发现,与DC铸造相比,低频电磁铸造使得晶内合金元素的含量升高,有效分配系数变大,减轻了微观偏析。在微观偏析计算了合金元素有效分配系数的基础上,建立了一个描述半连续铸造的数学模型。该数学模型能够比较准确的模拟DC铸造和LFEC过程的温度场、流场和溶质场。模拟结果表明：电磁场使熔体发生强迫对流,温度场变得均匀,同时铸造过程中液穴变浅,不利于合金元素贫乏的“浮游晶”沿着凝固前沿运动,并阻碍了“浮游晶”在铸锭中心处的沉降,从而减轻了铸锭中心的负偏析；另一方面,在近表面位置凝固收缩使得富含合金元素的液相和枝晶网络之间的相对运动加剧,并导致近表面的负偏析加剧。最后,通过分析得出,合金凝固时,微观尺度的元素分布与和宏观尺度的元素分布相互影响。微观偏析的减轻有助于宏观偏析的改善,同时宏观流场和温度场的改善也会对微观偏析产生重要影响。本文的研究结果表明低频电磁铸造能够明显改善铝合金铸锭的微观偏析和宏观偏析,提高铸锭质量,是制备高质量铝锭的一种简单、有效的方法。