本文建立了一个模拟AZ91铸造镁合金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,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。在每个时间步长内,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。本文对模拟结果进行了相应的讨论。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会产生明显作用。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。本文在二维数值模拟的基础上讨论了AZ91铸造镁合金三维数值模拟的相关理论及实现方法,介绍了基于STL的三维网格剖分方法及基于MATLAB和Qt/OpenGL的两种三维模拟结果可视化输出方法。