建立了一个模拟凝固镁合金(AZ91)微观组织形成的随机性模型，基于有限元法进行宏观热传导计算，并采用改进的元胞自动机法进行微观范围的形核、晶体生长和溶质扩散计算。在计算模型中忽略固相中的溶质扩散作用和液体中的对流现象，将熔体中的液相视为完全混合。这种改进的元胞自动机模型考虑了溶质再分配和生长各向异性的作用，因此能够获得比传统的元胞自动机模型更好的计算结果。 本文中的元胞自动机模型综合考虑了凝固过程中的形核与枝晶生长动力学，使非均质形核发生在预先设定的铸型型壁和铸件上的微观形核胞元上，且具有任意的晶向。此外，为忽略连续形核过程中由于采用确定性胞元邻位配置对微观组织形貌产生的影响，本文应用了一种新的概率性邻位配置。根据枝晶生长动力学使用KGT模型计算枝晶尖端生长速度与熔体中当前过冷度间的关系。在每个时间步内，将正在生长的微观胞元所释放的结晶潜热反馈回包含这些胞元的有限单元中，为进行下一步宏观温度场的计算做准备。 本文中所建立的CA-FEM模型能够用来计算凝固过程中的冷却曲线，在二维平面内模拟等轴晶、柱状晶的形核与生长过程，包括柱状晶向等轴晶的转换(CET)。为了解凝固过程中各种过程参数，如形核参数、热交换系数等，对铸造镁合金(AZ91)微观形貌的影响，本文进行了相应的探究。计算结果表明，熔体中的形核过冷度对柱状晶、CET与等轴晶的凝固过程有决定性的作用。熔体内部最大形核数的大小对等轴晶的尺寸也产生明显作用。此外，经计算得知增大热传导系数可以得到更多更细的等轴晶粒。