WE43A镁合金由于具有良好的室温强度和高温抗蠕变性能,在航空航天领域获得广泛应用,该合金可通过砂型铸造方式制备大型薄壁复杂铸件,但在实际生产中极易产生偏析和裂纹等缺陷,导致铸件合格率较低,成本居高不下。因此,本文采用数值模拟技术研究WE43A镁合金凝固过程的宏观偏析;寻求消除微观偏析的方法;探索WE43A镁合金热裂的影响因素及产生机理,为解决WE43A镁合金铸件的裂纹问题提供理论依据。首先,基于体积平均元技术开发了WE43A镁合金宏观偏析三传预测模型,对WE43A镁合金凝固过程宏观尺度上的冶金传输行为进行数值计算,结果表明:顺序凝固时虽然凝固速度较快,但由于温度梯度较大,凝固过程存在不对称的流动模式,流动速度大,导致WE43A镁合金的宏观偏析程度较高;均衡凝固时虽然凝固速度较慢,但由于温度梯度较小,凝固过程中存在对称的对流模式,流动速度小,使得WE43A镁合金的宏观偏析程度较小;Y、Nd、Gd三种稀土元素存在着相同的宏观偏析趋势,且Nd元素为WE43A镁合金主要偏析元素。基于两相流开发了耦合固相移动的宏观偏析数值模型,计算发现在本研究条件下,等轴晶移动不是铸件凝固过程宏观偏析产生的驱动力。其次,探索了双级均匀化热处理工艺对WE43A镁合金组织及性能的影响规律,结果表明:铸态WE43A镁合金主要由α-Mg基体、网格状Mg₄₁Nd₅相和颗粒状Mg₂₄Y₅相组成;在520℃进行单级均匀化热处理16 h,合金中Mg₄₁Nd₅和Mg₂₄Y₅相能够完全溶入到α-Mg基体中。与铸态组织相比,单级均匀化处理16 h的WE43A镁合金晶粒尺寸由73μm长大至125μm,屈服强度由89 MPa升高至104 MPa,抗拉强度由164 MPa升高至196 MPa,延伸率由6.5%增加至14.3%。WE43A镁合金经520℃×8 h+510℃×12 h双级均匀化处理,合金中Mg₄₁Nd₅和Mg₂₄Y₅相完全溶解,与单级均匀化处理相比,晶粒尺寸由125μm减小至101μm,合金的屈服强度、极限抗拉强度和延伸率分别由104 MPa、196 MPa和14.3%提升至119 MPa、231 MPa和16.3%。采用双级均匀化热处理既可以使WE43A镁合金中的第二相完全溶解,又保证晶粒尺寸不过度长大,使合金强度提高的同时塑性也得到提高。最后,通过浇注受约束棒试样,研究了砂型强度、热裂试样变截面尺寸和浇注温度对WE43A镁合金凝固过程热裂的影响,结果表明:型砂中树脂含量为1.0%时,砂型强度较低,为0.120 MPa,合金在充型过程中砂型表面的浮砂被卷入试样内部形成夹渣缺陷,导致试样完全断裂;树脂含量增加至1.5%时,砂型强度提高至0.175 MPa,试样无热裂;当树脂含量为2.0%时,砂型强度达到最大值,为0.275 MPa,试样无热裂;随着树脂含量的再次增加至2.5%时,砂型强度呈降低趋势,减小至0.165 MPa,试样无热裂;最终树脂含量增加至3.0%时,砂型强度降至0.150 MPa,树脂含量过高,合金浇入铸型后,型腔中产生大量气体,在试样内部中形成大量气孔,导致试样产生热裂纹,可见:在树脂砂铸造条件下,砂型强度较高不会引起WE43A镁合金产生热裂,树脂含量变化使得合金中形成夹渣或气孔缺陷从而导致热裂产生。调整热裂试验中受约束棒变截面尺寸发现:受约束棒从20 mm变截面到35 mm时,无热裂;受约束棒从15 mm变截面到35 mm时,变截面处产生裂纹;受约束棒从10 mm变截面到35 mm时,变截面处完全断裂,可见:随着热裂试样变截面尺寸比的增加,WE43A镁合金受约束棒试样的热裂倾向升高,铸件截面积变化较大的位置,凝固收缩受阻的程度较高,凝固收缩力较大,容易导致铸件在凝固过程中发生热裂。通过改变合金的浇注温度可以发现:浇注温度为720℃和750℃时,受约束棒无热裂,当浇注温度升高至810℃时,受约束棒在变截面处完全断裂,随着浇注温度的升高,WE43A镁合金受约束棒的凝固速度变慢,合金的晶粒尺寸较大,晶粒间液膜较厚,降低了合金的晶间结合力,导致受约束棒试样的热裂倾向增加。因此,控制树脂砂中树脂含量为1.5%².5%,砂型强度为0.160 MPa⁰.275 MPa,铸件壁厚的变截面比值大于4:7,浇注温度低于810℃时,可预防WE43A镁合金的热裂缺陷。