铸造Al合金在凝固过程中易形成显微气孔缺陷而使铝合金铸件的力学性能降低,限制其在苛刻环境下的应用。本论文采用数值模拟方法,针对二元和三元A1基合金凝固过程中因H气体析出而形成的显微气孔开展模拟研究,完成的主要研究工作如下：首先对课题组前期工作所建立的二维二元合金枝晶耦合显微气孔的元胞自动机(cellular automaton, CA)-有限差分法(finite difference method, FDM)耦合模型进行改进,采用局部溶质平衡法模拟初生a-枝晶的生长。建立二元Al-Si合金非规则共晶的模拟模型。应用改进后的二元合金枝晶耦合显微气孔模型与共晶模型相耦合,建立起二元合金枝晶共晶耦合显微气孔的多相MCA-FDM耦合模型。应用该模型对Al-7wt.%Si合金在凝固过程中的显微组织(枝晶共晶)和显微气孔演化进行了模拟研究,分析了变质处理对Al-7wt.%Si合金中共晶β-Si相的形貌、初始H含量和冷却速度对显微气孔形成的影响规律。结果表明：所建立的二元MCA-FDM模型能有效地模拟Al-7wt.%Si合金凝固过程中枝晶共晶组织与显微气孔的生长过程；变质处理能使共晶p-Si的形貌由粗大的层片状和针状转变为颗粒状和短杆状：不同尺寸的显微气孔存在竞争生长的现象,尺寸较大的气孔优先生长,而尺寸较小的气孔的生长受到抑制；共晶反应促进显微气孔的形核和生长,增加合金中的气孔体积分数和气孔密度；随初始氢含量增加,气孔体积分数、气孔平均半径和最大半径均增大；随冷却速度的加快,枝晶网络生长更为发达,显微气孔的体积分数、平均尺寸和最大尺寸均有所减小。但较快的冷速会提高气孔密度。将新建立的共晶模拟模型与课题组前期工作建立的二维三元合金枝晶耦合显微气孔模型相耦合,建立起三元合金的枝晶共晶耦合显微气孔生长的MCA-FDM-PanEngine耦合模型。应用该模型对Al-Si-Mg三元合金的等轴晶耦合共晶生长的形貌演化过程、以及等轴晶、柱状晶和共晶耦合气孔生长的形貌演化过程进行了模拟,分析了冷却速度及变质处理对显微气孔形成的影响。结果表明：所建立的MCA-FDM-PanEngine耦合模型能有效模拟三元Al合金在不同凝固条件下等轴晶、柱状晶、共晶耦合气孔生长的演化过程。显微气孔的形貌会受到固相生长的影响而变得不规则；Al-5wt.%Si-0.9wt.%Mg和Al-7wt.%Si-0.4wt.%Mg合金在凝固结束时的显微组织中有少量的Mg2Si析出；冷却速度对显微气孔形成的影响趋势与二元合金枝晶共晶耦合显微气孔的模拟结果相一致；变质处理减小了铝合金熔体的表面张力,表面张力的减小会导致气孔的体积分数、平均半径及最大半径均增大。模拟结果与文献报道的实验和模拟结果较为吻合。基于所建立二元合金枝晶、共晶和显微气孔的MCA-FDM耦合模型采用C++图形用户界面应用程序开发框架Qt开发了合金在凝固过程中显微组织演化的模拟软件,采用MFC开发了将模拟结果图形输出的可视化软件。所开发的显微组织模拟软件具有友好的用户界面,操作简单方便。软件所包含的枝晶模块、共晶模块和显微气孔模块分别能够模拟二元合金凝固过程中枝晶生长、共晶生长、以及枝晶、共晶和显微气孔耦合生长的形貌演化过程。可视化部分能够图形化演示合金在凝固过程中的显微组织形貌。