7系高强铝合金具有轻质、高强、高韧、耐蚀等优点,在航空航天、国防军工、轨道交通等领域得到广泛应用。但是普通半连续铸造方法制备的大规格高强铝合金铸锭存在组织粗大、偏析、热裂等缺陷,严重影响材料后续加工及最终产品的服役性能。为此,基于环缝式电磁搅拌熔体处理技术原理,通过对大体积合金熔体施加中心冷却和电磁搅拌耦合处理,本文发明了均冷环缝式电磁搅拌制备大规格细晶均质高强铝合金铸锭新方法。采用数值模拟和实验研究相结合的方法,设计开发出均冷环缝式电磁搅拌铸造技术装备原型,系统研究揭示出均冷环缝式电磁搅拌铸造工艺对7系铝合金铸锭凝固行为、组织性能、作用机理、热变形行为的影响规律,为该项技术的工程化和产业化应用打下坚实的理论和技术基础。本论文主要研究内容和结果如下:建立了包含电磁场、温度场、流场和凝固过程的多物理场耦合的均冷环缝式电磁搅拌铸造三维数值模型。采用该模型系统地研究了均冷环缝式电磁搅拌铸造工艺参数对7系高强铝合金铸锭制备过程中熔体温度场、流场和凝固行为的影响规律。对比发现施加均冷环缝式电磁搅拌能显著提高半连续铸造过程中合金熔体热对流和热传导,增加熔体冷却速率,降低液穴深度。采用数值模拟优化确定了中心冷却器冷却强度,搅拌电流、搅拌位置等工艺参数范围,为实验研究提供设计依据。在数值模拟的基础上,设计开发出均冷环缝式电磁搅拌铸造技术设备原型。开展了大规格7系高强铝合金铸锭制备工艺试验研究,系统研究了中心冷却强度、搅拌电流和搅拌位置等参数对铸锭凝固行为和组织成分的影响规律。突破了大规格7系高强铝合金铸锭制备的技术难题,先后成功制备出直径500mm以上的7005、7050、7055铝合金铸锭,与普通半连续铸造制备的铸锭相比,铸锭组织明显细化均匀化,平均晶粒尺寸小于200μm;合金元素的相对偏析率小于5%,有效改善铸锭宏观偏析。研究了均冷环缝式电磁搅拌铸造对大规格高强铝合金铸锭凝固行为的影响及其作用机理。施加均冷环缝式电磁搅拌能够显著熔体温度场和成分场的均匀性,有利于实现大体积熔体的爆发式形核,可显著提高有效形核率。从热力学的角度解析了均冷环缝式电磁搅拌对形核的影响,均冷环缝式电磁搅拌能够提高金属熔体形核过冷度,增加单位体积吉布斯自由能差、磁吉布斯自由能差和电吉布斯自由能差,降低均匀形核和非均匀形核的临界形核半径和临界形核功。均冷环缝式电磁搅拌铸造能够有效改变凝固前沿熔体的流动方向,具有改善大铸锭宏观偏析的作用。研究了均冷环缝式电磁搅拌铸造制备的大规格高强铝合金铸锭的铸态力学性能和热变形行为。对比普通半连续铸造,发现均冷环缝式电磁搅拌铸造制备的7005铝合金铸锭的力学性能,抗拉强度和延伸率都显著提高。7005铝合金铸锭热压缩模拟结果表明,通过均冷环缝式电磁搅拌铸造制备的细晶均质铸锭,其热变形加工性能明显改善,流变应力降低,均匀性显著提高,热变形加工窗口扩大,这些研究将为后续热变形加工提供强有力的理论和工艺指导。