大型铸件宏观偏析的消除仍然是当前铸造工程的难点,要想真正解决此难题,必须把宏观场与微观组织在铸件全域内进行真实耦合,选择合适的微观组织数值模型是解决该问题的关键,本研究即针对该问题展开研究。首先,在前人关于CA(元胞自动机)研究的基础上,针对其中的KGT模型提出了一种新的捕获模型,根据枝晶尖端的生长长度来对邻居元胞进行选择性捕获,该模型能够有效地消除元胞的各向异性,弥补Zigzag模型中在捕获液态元胞时容易出现丢失现象的缺陷。其次,对CA方法的另一种生长模型即溶质扩散控制模型也进行了研究,并予以程序实现。溶质扩散模型的基本原理是,在凝固过程中,界面元胞通过不断地向邻居液相元胞排出溶质而完成进一步生长。本文的程序模拟结果与实验结果较为吻合。在上述两种CA模型的基础上,为了判定KGT模型和溶质扩散模型哪个更适合于宏观偏析的计算,在同一温度场下(先不考虑流场和应力场),提出了三个判断准则:1)能够模拟出CET转化过程;2)能够计算出二次枝晶(便于预测A型偏析和V型偏析);3)能够较准确地计算枝晶生长过程中的溶质分布。根据上述三个准则,通过对铝铜合金铸锭的微观组织模拟的对比,发现:1)在元胞为100μm×100μm尺度下(介观尺度)两种模型都能计算铸件的CET转化过程,且晶粒尺度相差不大,但由于网格尺度较大,两种方法都不能算出二次枝晶。2)扩散模型在元胞为10μm×10μm尺度下(微观尺度)能够算出二次枝晶及其生长形貌,而KGT模型则不能。3)在两种元胞尺度下,扩散模型计算出的晶粒溶质分布轮廓清晰,与实验结果较为符合;但KGT模型计算出的较为模糊,与实验结果差距较大。因此,CA方法中的KGT模型和溶质扩散模型,仅后者可作为宏观偏析计算的微观模型。最后,对扩散控制模型进行了更深入的研究,计算了初始温度、冷却速率以及内部平均形核过冷度对枝晶定向凝固生长的影响。计算结果表明,三者均可对枝晶微观组织结构产生影响,进行组织控制时应该设置恰当的参数组合。数值模拟结果与解析理论分析结果较为吻合,说明扩散控制模型可作为铸锭/连铸坯的宏观偏析预测中A型偏析与V型偏析的基础模型。