微观偏析影响合金铸坯的力学性能、耐腐蚀性能及加工性能,研究微观偏析对于优化铸造工艺及提高合金性能具有重要意义。已有研究发现,在合金凝固过程中施加稳恒磁场可以改变微观偏析,且这一现象与磁场的多种磁效应相关。但关于这些磁效应影响微观偏析的机制至今仍不清楚,更缺乏描述磁场下微观偏析规律的模型。本文以亚共晶Al-Cu合金和Ga-In合金为模型合金,探索了稳恒磁场（最大磁场强度为5 T）下二元亚共晶合金凝固过程中固相扩散、熔体对流、枝晶粗化及形核过冷的变化规律,揭示了几种主要磁效应对溶质分布和分配系数的影响,明确了磁场对微观偏析行为的作用机制。进而通过修正Brody-Flemings模型和Voller模型建立了磁场下微观偏析模型,预测了磁场下合金凝固过程微观偏析规律。为利用磁场调控合金凝固过程微观偏析,开发与磁场相关的凝固技术提供了科学依据。获得主要结果有:研究了稳恒磁场下亚共晶Al-Cu合金以不同固/液界面形貌定向凝固时微观偏析变化规律。结果发现,对于胞/枝晶界面,低拉速（5～10μm/s）时稳恒磁场引发了固/液界面失稳,凝固组织发生柱状晶向细化等轴晶的转变;而高拉速（50～100μm/s）时稳恒磁场下凝固组织形貌依然保持柱状晶。此外,胞/枝晶生长时磁场降低微观偏析程度,表现为相同拉速下非平衡共晶数量随磁场强度增大而减少,基体中溶质含量在磁场作用下升高。对于平界面,拉速极慢（0.5μm/s）条件下磁场不会改变固/液界面形貌,且微观偏析程度几乎不受磁场影响。分析表明,磁场下胞/枝晶生长时微观偏析变化归因于以下方面的综合作用:（1）磁场下凝固组织的细化,（2）热电磁力引发固相中位错增殖而增大固相溶质含量和固相扩散系数,（3）热电磁对流加速液相溶质扩散并降低界面前沿溶质边界层厚度。基于热电磁力引发位错增殖和通道扩散作用,建立了胞/枝晶生长时固相扩散系数与磁场强度的定量关系。通过实验数据拟合分别获得了有效分配系数和凝固组织尺寸随磁场强度变化的数学关系式。修正了Brody-Flemings微观偏析模型,据此预测了不同条件下亚共晶Al-Cu合金定向凝固过程微观偏析,计算结果与实验相吻合。研究了稳恒磁场下Al-4.5wt.%Cu和Al-26wt.%Cu合金在不同冷速条件下自由凝固过程微观偏析变化规律。结果发现,非平衡共晶数量随磁场强度增大而增大,初生α-Al基体中溶质含量降低,表明磁场加剧了自由凝固过程的微观偏析程度。进一步研究磁场对合金自由凝固过程中固相扩散、枝晶粗化、熔体流动及形核过冷度的影响。结果发现稳恒磁场本身抑制固相扩散,随磁场强度升高,固相扩散系数降低,微观偏析增大。还发现磁场能够促进枝晶粗化,随磁场强度升高,枝晶粗化系数M增大,二次枝晶臂间距增大,主要原因是稳恒磁场增大了固/液界面自由能以及枝晶间热电磁对流增大了液相有效扩散系数。同时考察了有效分配系数变化,发现自由凝固时枝晶间热电磁对流对有效分配系数的影响较弱。此外,热分析结果显示,磁场增大了初生α-Al相的形核过冷度,但过冷度变化（＜10 K）对微观偏析形成的影响较小。综合考虑,稳恒磁场下自由凝固过程微观偏析变化主要是由于磁场抑制了固相逆扩散并促进了枝晶粗化。结合磁场下固相扩散及枝晶粗化系数变化的定量关系,修正了Voller微观偏析模型,并预测磁场下亚共晶Al-Cu合金自由凝固过程微观偏析,计算结果与实验结果吻合。研究了热电磁对流对固/液界面前沿溶质边界层厚度和枝晶粗化系数的影响。基于液相中热电磁力和粘滞摩擦力的平衡关系,推导了热电磁对流速度的解析式。进而建立了固/液界面前沿溶质边界层厚度与热电磁流速的解析关系。根据枝晶粗化模型,构建了枝晶粗化系数与热电磁流速的解析关系。进一步地,从实验角度验证上述理论关系。选取Ga-25wt.%In为模型合金,利用X射线原位观测技术,实验直接观察了磁场下合金凝固过程中枝晶尖端附近液相的热电磁对流,结合Ga溶质云团示踪法测量了热电磁对流速度。发现随着温度梯度的增大,热电磁对流速度增大。对比磁场下热电磁流速和枝晶粗化系数的实验结果与理论计算结果,二者吻合较好。