高性能鋁合金外場輔助半連續鑄造研究進展

徐大召，孟令剛,2，楊春峰，姜明希，范永飛，亞 斌,2，張興國,2

(1.大連理工大學材料科學與工程學院，遼寧 大連 116024) (2.大連理工大學寧波研究院，浙江 寧波 315000)

1 前 言

高性能鋁合金因低密度、高比強度和高斷裂韌性等優點，被廣泛應用于航空航天、 海洋工程和交通運輸等領域[1, 2]，其研發及應用對我國重大裝備輕量化和節能減排具有關鍵性作用。隨著制造業的快速轉型升級，鋁合金構件朝著大型化、一體化、更輕量化的方向發展，對超高強鋁合金的綜合性能和先進加工成型技術等方面提出了更高的要求。

高性能鋁合金構件的制備需要晶粒細小、成分均勻的鋁合金鑄錠。然而，采用傳統鑄造方式生產的鋁合金鑄件常出現偏析、疏松、裂紋和成分不均勻等缺陷，嚴重降低高性能鋁合金的成材率和力學性能[3, 4]。凝固過程中產生的這些缺陷即使經過后續處理，效果也非常有限，仍然無法滿足構件對材料性能的要求[5]。

研究表明[6-8]，凝固過程中施加物理場能明顯改善熔體凝固條件，從而實現細化組織和改善鑄造缺陷的目的。李軍文等[9]對固液兩相區較寬的Al-Si固溶合金施加機械攪拌，發現隨著攪拌轉速的增加，機械攪拌使得等軸晶區域顯著增加并且細化了組織。機械攪拌法制備半固態漿料[10]，主要是利用機械攪拌產生的剪切力打碎生長的粗大晶粒，從而使得凝固組織變為細小的等軸晶。Cui等[11]為改善合金表面質量、減少宏觀偏析和消除裂紋，提出了一種無污染且有效的低頻電磁鑄造(low frequency electromagnetic casting, LFEC)技術，利用低頻電磁場改變結晶器中的熔體流動方向，制備出了晶粒細小、高質量的7055鋁合金鑄錠。Wang等[12]采用低頻電磁連鑄技術制備了2195鋁鋰合金，結果表明，低頻電磁場有效地消除了鑄造缺陷，顯著提高了合金元素的溶解度，并提高了后續時效過程中θ′-Al2Cu和T1-Al2CuLi相的數量密度。Zhao等[13]在傳統鑄造過程中采用電磁場與大塊熔體處理相結合的方法，通過電磁場驅動熔體劇烈流動，成功生產出成分均勻、晶粒細小的2219鋁合金鑄錠。

此外，在金屬凝固過程中施加脈沖磁場被認為是一種細化晶粒、減少溶質偏析、提高鑄件力學性能的有效手段。Li等[14]發現，在Al-Cu合金不同凝固階段施加低壓脈沖磁場(low voltage pulsed magnetic field, LVPMF)，能夠獲得細晶結構組織。Jie等[15]在工業純鋁中施加脈沖磁場(pulsed magnetic field, PMF)，揭示了等軸晶的形成機制，闡明PMF產生的洛倫茲力能夠產生明顯對流，促進等軸晶的形成。超聲波熔體處理技術作為另外一種經濟有效的方法，利用超聲波獨特的空化、聲流和諧振等非線性效應進行熔體除氣和晶粒細化，能顯著提高鑄件成分均勻程度和力學性能[16, 17]。Subroto等[18]在中試規模直冷(direct chill,DC)鑄造工藝的流槽中施加了超聲處理，結果表明，流槽中進行超聲處理使得鑄錠中心的晶粒尺寸相應減小約50%。Todaro等[19]研究了超聲熔體處理對Al-19Si-4Fe合金宏觀偏析的影響，結果發現，超聲熔體處理技術會對消除宏觀偏析產生積極作用。上述研究表明，在金屬凝固過程中施加外場能明顯改善鑄造缺陷，細化晶粒組織和消除偏析。

本文針對高性能鋁合金外場成型技術的技術原理和最新研究進展進行了歸納總結，闡明外場在鑄造過程中細化組織的機制，并對鋁合金外場輔助半連續鑄造的發展趨勢進行了展望。

2 鋁合金半連續鑄造工藝

傳統半連續直冷鑄造，簡稱DC鑄造。圖1a是鋁合金DC鑄造原理圖[20]，其工作流程如下：DC鑄造開始前，將帶有底模的引錠裝置升至結晶器內，打開冷卻水循環系統，鋁液通過分流槽流入由結晶器和底模形成的型腔中冷卻凝固形成坯殼。當坯殼穩定時，開啟拉坯裝置并以給定速度向下運動，鑄坯緩慢從結晶器中拉出，同時在二次冷卻水的作用下迅速冷卻。當鑄錠達到一定長度時，鑄造停止。

鋁合金凝固過程中主要有3個不同特征的區域，即液相區、過渡區和固相區，如圖1b和1c所示[20, 21]。過渡區即固液共存的兩相區，由液相線和固相線的等溫線界定，進一步可細分為漿狀區和糊狀區[21]，相應區域微觀組織如圖1d所示。漿狀區內合金粘性較小，枝晶可自由流動，主要以熱溶質對流為主，易形成心部正偏析；糊狀區內合金粘性較高、流動性差，自由枝晶不可移動，主要以凝固收縮和枝晶變形為主，易形成心部負偏析和邊部正偏析[22]。漿狀區的熱溶質對流、晶粒運動以及糊狀區的凝固收縮驅動的對流是造成宏觀偏析的本質原因。因此，為了減輕宏觀偏析，改善鑄錠表面質量，獲得組織均勻、晶粒細小的鑄件，科研工作者嘗試通過在金屬凝固過程中施加外場來改善熔體凝固條件。

圖1 鋁合金直冷(DC)鑄造原理圖: (a) DC鑄造裝置，(b) 凝固坯料與熱流和相變有關的主要區域[20]；(c) DC鑄造中液相線和固相線的等溫線圖， (d) 相應區域微觀組織[21]Fig.1 Schematic diagram of direct chill (DC) casting: (a) the equipment of DC casting, (b) the main regions of the solidifying billet with respect to the heat flow and phase change[20]; (c) isotherm diagram of liquidus and solidus in DC casting, (d) microstructure of the corresponding region[21]

3 外場在半連續鑄造中的應用

3.1 電磁場在鑄造中的應用

電磁鑄造(electromagnetic casting, EMC)主要是用電磁感應器代替結晶器的一種無模鑄造技術，其鑄造原理如圖2a所示。通過交變感生磁場產生的洛倫茲力支撐和約束液態熔體，使金屬液柱保持半懸浮狀態，并維持液柱高度恒定[3]。在液柱上方添加屏蔽罩來調節電磁場的分布，使得電磁場產生的感應電磁力與金屬液柱的靜壓力平衡，從而盡量保證液柱側面呈豎直狀態。為保證液柱穩定，電磁鑄造通常采用2000～3000 Hz的電磁場來約束液態熔體。作者團隊通過電磁鑄造制備了多系鋁合金扁錠和圓錠，如圖2b所示。相比DC鑄造生產鋁合金，電磁鑄造過程中金屬與結晶器表面無接觸，凝固后鑄錠表面更加光滑，鑄錠的微觀組織由于電磁力的攪拌作用而明顯細化，如圖2c和2d所示。王少華等[23]采用電磁鑄造技術制備了2E12鋁合金鑄錠，結果同樣表明，電磁鑄造技術顯著改善了鑄錠的表面質量，細化了晶粒，提高了力學性能。因此，與傳統DC鑄造相比，電磁鑄造鑄錠表面質量高，組織細小均勻，但是液柱高度難于控制，對鑄造機的穩定性要求較高[3]。

圖2 電磁鑄造(EMC)原理圖(a)，EMC生產的扁錠和圓錠(b)，EMC和直冷(DC)鑄造生產的3004鋁合金表面質量對比(c)，EMC和DC鑄造生產的2024鋁合金微觀組織對比(邊部)(d)Fig.2 Schematic diagram of electromagnetic casting (EMC) (a), flat ingots and round ingots produced by EMC (b), comparison of surface quality of 3004 Al alloys produced by EMC and DC casting (c), microstructure comparison of 2024 Al alloys produced by EMC and DC casting (edge) (d)

低頻電磁鑄造技術是通過在結晶器外布置電磁感應線圈，采用滲透能力強的低頻電磁場(低于50 Hz)來改變熔體流動和熱量傳輸，從而提高鑄錠質量的一種鑄造方式。Wang等[24]定量研究了低頻電磁場對半連鑄5A90鋁合金鑄錠微觀組織和宏觀偏析的影響，結果表明，低頻電磁場具有細化微觀組織、改善鑄錠表面質量以及減輕Mg和Li元素在鑄錠邊緣宏觀偏析的作用。圖3是低頻電磁鑄造的鑄錠與DC鑄造鑄錠微觀組織對比和凝固過程示意圖。由圖3可以看出，DC鑄造鑄錠的微觀結構主要由尺寸較大的樹枝晶組成，且晶粒尺寸從鑄錠邊緣到中心逐漸增大。施加低頻電磁場后，鑄錠的晶粒形態由玫瑰狀枝晶轉變為細小的等軸晶。同時鑄錠邊緣樹枝區寬度由DC鑄造的2.8 mm縮小至低頻電磁鑄造的1.9 mm，這表明低頻電磁鑄造工藝可以顯著細化晶粒并縮短鑄錠柱狀晶區的寬度。圖3g是DC鑄造和低頻電磁鑄造凝固過程示意圖，可以看出，微觀組織的細化和宏觀偏析的改善主要得益于洛倫茲力誘導的強迫對流使得溫度場變得更加均勻，兩相區深度變淺；同時彎月面的出現抑制了柱狀晶粒的生長。

崔建忠等[25]在低頻電磁鑄造的基礎上，在結晶器外同時施加與重力矢量方向平行的穩恒磁場和交變磁場，開發了低頻電磁振蕩鑄造(low frequency electromagnetic vibrating casting, LFEVC)技術，并成功將該技術應用在鋁合金半連鑄工藝中，制備出晶粒細小、組織均勻的7075鋁合金。半連鑄過程使用的穩恒磁場和交變磁場分別是由通入一定強度的直流電和頻率為f的交流電的兩個感應線圈產生。線圈中施加的交變電流產生交變磁場，交變磁場在熔體內部感應形成相同頻率的感應電流密度，三者之間相互作用，從而在熔體內部產生迫使熔體運動的力場，增加熔體流動和振蕩，從而抑制枝晶生長、細化晶粒[26]。

為細化和球化半固態漿料晶粒，Zhu等[27]開發了一種新的流變鑄造工藝，即環形電磁攪拌(annular electromagnetic stirring, A-EMS)。Jun等[28]將環形電磁攪拌技術應用于Al-Zn-Mg-Cu合金的半固態漿料中，結果表明，經過環形電磁攪拌處理，合金組織均勻細小，成分宏觀偏析和力學性能均得到改善。為了利用環形電磁攪拌獲得大尺寸、高質量的鋁合金鑄坯，Luo等[29]提出了一種新的均勻直冷(uniform direct chill,UDC)鑄造方法，即在熔體內添加一個冷卻端由高純石墨制成的模內冷卻器，將冷卻器與環形電磁攪拌耦合，實現從中心到表面的同時冷卻。結果表明，內外熔體的強制冷卻對晶粒細化和組織均勻性具有顯著影響。為了研究均勻直冷鑄造中凝固前沿的流動模式、溫度分布和凝固行為，Luo等[30]建立了均勻直冷鑄造過程的數值模型，并用來模擬7005鋁合金的均勻直冷鑄造過程，圖4是不同工藝下的鑄造原理示意圖、溫度與液相分數的輪廓和顯微組織圖。結果表明，采用均勻直冷鑄造方法可以顯著改善熔體流動方式、溫度分布和熔池深度，從而獲得細小均勻的顯微組織。

圖4 不同工藝下鑄造示意圖、溫度與液相分數的輪廓和顯微組織圖[30]：(a～c) 普通直冷鑄造，(d～f) 均勻直冷鑄造Fig.4 Casting schematic diagram, contours of temperature and liquid fraction and microstructure during different processes[30]: (a～c) normal direct chill casting, (d～f) uniform direct chill casting

為解決粗晶、組織不均勻和宏觀偏析等問題，邱陽等[31]提出了一種新型電磁攪拌方法，即內部電磁攪拌(internal electromagnetic stirring, I-EMS)。該方法是在半連續鑄造過程中將具有內冷功能的電磁攪拌器插入熔體內部，對熔體實現高效攪拌和均勻冷卻，從而制備出均質鋁合金鑄錠[32]。圖5是內部電磁攪拌鑄造示意圖和內部電磁攪拌在7050鋁合金鑄造中的應用，與普通直冷(normal direct chill,NDC)鑄造相比，內部電磁攪拌通過增加形核、調節溫度場均勻性和降低液穴深度來細化微觀結構；通過抑制熱溶質對流、加強凝固收縮誘導的對流來降低宏觀偏析[33, 34]。此外，邱陽[35]利用數值模擬驗證內部電磁攪拌的可行性，結果表明，相比普通電磁攪拌，內部電磁攪拌可以更高效地驅動熔體流動，且使熔體中不同位置的流動速度差減小，加速了熔體間的傳質和傳熱。

綜上所述，不同的電磁場技術均可實現減輕宏觀偏析，獲得組織均勻、晶粒細小的鑄錠的效果。相對于傳統半連續直冷鑄造，電磁鑄造獲得的鑄錠質量高、表面光滑、致密度高，但是設備耗能多,液柱高度控制相對困難,對鑄造機穩定性要求較高；低頻電磁鑄造的磁場滲透能力強,液面擾動大,熔體攪拌效果好,對晶粒細化有顯著效果，同時也能夠提高鑄坯的抗裂紋能力；低頻電磁振蕩鑄造技術加速熔體流動的能力更強，晶粒細化更明顯。然而，當鑄錠規格過大時，磁場穿透熔體內部深度有限，電磁攪拌作用會相應減弱。均勻直冷鑄造和內部電磁攪拌改變了傳統由外向內的換熱模式，大大加強了熔體間的傳質和傳熱。然而，隨著鑄錠尺寸的增大，對應的中心冷卻器和攪拌器也應相對增大，從而使得熔體內的溫度場難以精確控制，鑄造的穩定性逐漸變差[35]。

圖5 內部電磁攪拌鑄造示意圖(a)[34]和內部電磁攪拌在7050鋁合金鑄造中的應用(b)[33]Fig.5 Schematic of the internal electromagnetic stirring (I-EMS) casting (a)[34] and application of I-EMS in 7050 aluminum alloy (b)[33]

3.2 超聲場在鑄造中的應用

功率超聲可以促進活化、脫氣、過濾、非枝晶凝固和半固態變形等[36]。將功率超聲應用于熔體中可以產生許多特殊效應，如空化、聲流、機械沖擊和輻射等。圖6是超聲空化和聲流示意圖[37]。超聲空化，即在正弦聲波的正負壓交替過程中，空化氣泡經歷形成、振蕩生長至最終崩潰的過程。空化氣泡崩潰瞬間會釋放出大量的能量，從而改變熔體凝固過程。同時，由于超聲波與熔體間的粘滯性，超聲波振幅沿傳播方向衰減，從而產生聲壓梯度驅動熔體流動，即聲流現象[37]。

圖6 超聲空化和聲流示意圖[37]Fig.6 Schematic diagram of ultrasonic cavitation and acoustic streaming[37]

超聲熔體處理(ultrasonic melt treatment, USMT)技術，是將功率超聲作用于熔體中，通過產生特殊物理化學反應達到細化晶粒、減輕宏觀偏析效果的一種熔體處理技術。高純鋁靶材被廣泛應用于生產集成電路、液晶顯示器面板以及光盤等器件的濺射膜。為保證高純度鋁的純凈度，不允許向熔體中添加細化劑，導致凝固過程中難以形成細小的晶粒組織，嚴重制約靶材和鍍膜的質量和性能。作者團隊采用一機四錠超聲場改性連鑄技術制備高純鋁靶材，其宏觀組織如圖7所示。一機四錠的工藝參數均一致，只有其中一支連鑄錠施加超聲處理(圖7b)，利用超聲空化和聲流效應，使高純鋁熔體在進一步純凈化的同時破碎或熔斷枝晶，增加熔體中的晶核數量，從而細化連鑄錠的凝固組織，制備出直徑為200 mm、長度為2000 mm、平均晶粒尺寸<700 μm的高純鋁連鑄錠，該鑄錠的平均晶粒尺寸較未施加超聲處理的連鑄錠降低約40%。

圖7 一機四錠高純鋁連鑄坯宏觀組織：(a, c, d) 未施加超聲處理，(b) 施加超聲處理，其余參數均一致Fig.7 Macrostructure of high purity aluminum continuous casting billet with four ingots in one machine: (a, c, d) without ultrasonic treatment, (b) with ultrasonic treatment, other parameters are consistent

Huang等[38]將超聲熔體處理技術應用到高純鋁的凝固中，發現在超聲波輻射桿下方的錐形區域內，宏觀組織同樣得到了有效細化。Subroto等[18]研究發現，將超聲熔體處理技術應用到直流鑄造流槽中是將其向工業規模推廣的有效途徑。Wang等[39]通過超聲熔體處理技術制備了細小等軸晶粒的 Al-2Cu合金，并研究了超聲探頭下晶粒形成的過程。結果表明，空化區中成核的大多數晶粒通過聲流傳遞到熔體中。此外，通過數值模擬描述了超聲處理產生的流體動力場對微觀組織演化的影響，并得出了鑄造過程中聲流誘導的對流能顯著促進形核和細化組織的結論[40]。Salloum等[41]在6系鋁合金DC鑄造過程中施加超聲處理，通過調整超聲探頭距熱頂底部的高度h和提高超聲功率達到了細化晶粒、減少宏觀偏析的效果，如圖8所示。結果表明，隨著超聲功率由2增加至3.5 kW，晶粒顯著細化；同時，降低h會導致鑄坯發生更明顯的晶粒細化，超聲引起樹枝晶破碎是其結構細化的主要機制。模擬結果表明，超聲產生的聲流抵消了自然對流，從而影響晶粒的生長方向。

盡管超聲鑄造(ultrasonic casting,UC)在實驗級金屬鑄造中得到了很好的應用，但是對于大型鑄件來說，單功率超聲的作用可能有限。為了細化大型鑄件的晶粒結構，可通過使用多個超聲探頭來放大超聲場在凝固過程中的作用[36]。Zhang等[42]在DC鑄造中應用多源超聲熔體處理技術，成功制備了直徑為1380 mm、長度為4600 mm的超大型2219鋁合金圓鑄錠，如圖9a和9b所示。引入超聲熔體處理技術后，α-Al晶粒得到細化，且使得共晶相Al2Cu的團聚得到緩解，如圖9c所示。圖9d顯示了DC鑄造和超聲鑄造中的熔體流動示意圖。傳統DC鑄造中，在自然熱溶質對流的作用下，熔體流向鑄錠中心，導致該區域富集溶質，形成正宏觀偏析，共晶相粗化。當引入超聲波時，超聲空化和聲流效應產生的強制熔體流動與自然熱溶質對流的方向相反，有效地緩解了凝固前沿的溶質積累，粗化共晶網絡的形成概率明顯降低[42]。

長期以來，科研工作者嘗試探索超聲細化晶粒的主要機制，并將這主要歸結為超聲聲流引起的枝晶斷裂或空化引起的非均勻形核[43]。然而，由于金屬熔體具有不透明性，故很難直接觀察到超聲場對熔體的作用。近期的原位凝固過程研究極大地促進了研究人員對氣泡動力學和聲流破碎枝晶作用的理解[44]。在超聲凝固微觀組織破碎的同步輻射X射線成像研究中，Wang等[44]表示，超聲的應用可以產生混沌空化區并增強聲流;在靠近超聲探頭的區域，較高的聲壓產生的空化氣泡會與交變的聲壓場相振蕩，空化氣泡內爆是其主要現象。內爆氣泡和高速聲流可以有效分解凝固相和固液界面。存活和循環的破碎固相或晶粒可以有效地作為隨后凝固過程中的胚胎或小尺寸晶粒，促進凝固組織細化。Wang等[45]使用原位高速成像系統研究了透明合金在超聲場中樹枝狀結構的疲勞破碎現象，如圖10所示。結果表明，當超聲氣泡被困在枝晶間區域內時，氣泡的振蕩會導致枝晶臂的循環彎曲，疲勞裂紋從枝晶臂根部開始并通過枝晶擴展，導致枝晶破碎[45]。

圖9 多源超聲熔體處理系統示意圖(a)，代表性大型2219鋁合金鑄錠(b)，EBSD圖譜中的Al2Cu分布(c)，熔體流動示意圖(d)[42] Fig.9 Schematic diagram of scalable ultrasonic melt treatment (USMT) system(a), representative ultra-large 2219 Al ingot(b), distribution of the Al2Cu in EBSD maps(c), schematic diagram of melt flow(d)[42]

圖10 原位高速成像觀察到超聲氣泡引起的枝晶臂破碎現象[45]：(a) 實驗裝置示意圖，(b) 超聲氣泡示意圖，(c) 枝晶破碎現象Fig.10 In situ high-speed imaging observed the fragmentation of dendrite arms caused by ultrasonic bubbles[45]: (a) schematic diagram of experimental setup, (b) schematic diagram of the ultrasonic bubbles, (c) dendrite fragmentation phenomenon

4 多物理場數值模擬在鑄造中的應用

由于在凝固成形過程中難以直接觀察到物理場如何影響熔體流動和溫度分布，因此，多物理場數值模擬的應用對研究復合場成型工藝具有十分重要的意義。

Hatic等[46]提出了一種低頻DC鑄造的數值模型，研究了低頻電磁力對溫度、液相分數和流體流動的影響。結果表明，電磁場可以改變液穴形狀，在300 A和20 Hz的電磁場下獲得較淺的液穴深度。Lebon等[47]首次在超聲處理下成功預測DC鑄造過程中的聲流及伴隨效應，他們所提出的數值模型將聲空化、流體流動、熱量和物質傳遞以及凝固耦合起來，成功預測了液穴中的流場、聲場和溫度場，并針對鑄坯不同位置的晶粒形態進行了驗證。Salloum等[41]采用數值模擬與實驗驗證相結合的方法，成功揭示了超聲熔體處理技術影響6系鋁合金DC鑄造溫度分布、液穴形貌和產生微觀結構的機制。Yamamoto等[48]建立了一種考慮瞬態熔體流動、傳熱、超聲傳播、聲流和凝固過程的DC鑄造數學模型，研究表明，超聲輻射改變了熔體的凝固行為和熔池形貌的演變。Chen等[49]采用二維軸對稱瞬態數學模型，利用COMSOL Multiphysics軟件，將超聲場、流場和溫度場耦合，研究了AZ80合金DC鑄造中超聲流動對物理場的影響，結果表明，聲流驅動力顯著改變了熔體流動和溫度分布。圖11是DC鑄造的熔體流動和溫度場的建模結果，對比超聲鑄造結果發現，超聲振動顯著改變了流場，聲流驅動加速了溶質傳熱，使液穴變得更淺，溫度場分布更均勻。

圖11 直冷(DC)鑄造和超聲鑄造(UC)的流線(a)、速度場(b)和溫度場(c)對比[49]Fig.11 Comparison between DC casting and UC in terms of streamline (a), velocity field (b) and temperature field (c)[49]

5 結 語

隨著制造業的快速轉型升級，我國重大裝備鋁合金構件朝著大型化、一體化、更輕量化的方向發展，這對高性能鋁合金部件提出了更嚴苛的要求。傳統鑄造工藝所制備的鋁合金鑄錠存在著難以避免的鑄造缺陷，在傳統鑄造工藝的基礎上施加物理場實現外場輔助鑄造成型，將是改善鑄造缺陷、提高鑄件性能的有效方法。目前，對鋁合金鑄造成型的研究主要集中在傳統半連續鑄造、電磁鑄造、超聲鑄造和電磁/超聲鑄造等方面。本文著重概述了鋁合金半連續鑄造、電磁鑄造和超聲鑄造的工藝原理，并結合多物理場數值模擬在凝固中的應用，簡要探討了多物理場在凝固過程中細化組織、提高力學性能方面的機制。多物理場細化機制主要體現在：洛倫茲力誘導強迫對流和改變熔體流動，提高溫度場的均勻性；聲流誘導強迫對流，聲流誘導枝晶疲勞斷裂，聲流效應促進溶質傳熱；空化效應促進非均勻形核等。深入理解多物理場對組織的細化機制，對開發與研究高性能鋁合金外場成型技術具有重要的科研與使用價值。

隨著大型裝備鋁合金構件的發展，關于高性能鋁合金外場成型技術制備高品質鋁合金鑄件的研究可從以下幾個方面進行：① 不斷優化傳統鑄造工藝，努力發展新的鑄造成型工藝，如電磁/超聲復合場連鑄工藝；② 針對大型鋁合金鑄件，可采用多源超聲系統結合電磁攪拌實現多物理場增強細化效果；③ 加強對鋁合金外場成型技術的基礎研究，對物理場細化組織的機制仍有必要進行更深入的研究與探討，在明確細化機制的基礎上開發新型復合場鑄造工藝與裝備；④ 多物理場數值模擬結合實驗驗證的思路在復合場鑄造成型工藝上被普遍認可，數值模擬的指導性作用變得尤為重要。

因此，深度發展多物理場數值模擬技術，將復合場鑄造成型與多物理場數值模擬相結合，以獲得更合理的工藝參數和鑄造方法，從而加快高性能鋁合金的研發進度，提高工程效率，滿足工業發展對大尺寸、高品質鋁合金的需求。