合金的凝固机理、相变规律及性能是机械工程领域重要的研究方向。针对二元合金系的凝固过程已经建立了成熟、高效的计算模型。然而在实际应用中,三元甚至多元合金才是主流。到目前为止,对于三元合金仅有共晶型凝固有了较为完善的凝固理论体系,而在三元合金中还存在包晶型、包共晶型、偏晶型多种凝固方式,涉及的相变反应更加复杂。研究多元多相合金的凝固路径,对凝固条件、过程进行控制从而达到改善材料性能的目的是机械工程材料学科的重要方向之一。本文基于Thermo-Calc软件和课题组已有的宏微观溶质传输模型,选取了不同成分、枝晶形貌、固相反扩散效应程度的Al-Si-Mg三元共晶合金进行了凝固路径计算。计算结果表明,初始成分、枝晶形貌、固相反扩散效应的程度都会改变Al-Si-Mg合金的凝固路径,固相反扩散统一参数Ф对凝固路径的影响程度比固相扩散系数更加均衡。选取了不同成分的三元Al-Cu-Si共晶合金进行了不同冷速条件下的凝固实验,获取了合金的凝固速率,二次枝晶间距、显微硬度等数据,确定了各合金的凝固路径并对共晶的生长机理进行了分析。Al-Cu-Si合金的热裂纹敏感性的计算结果说明趋于生成更多共晶相的合金在凝固末期具有更高的裂纹敏感性。选取了不同成分具有三元包共晶反应的Al-Cu-Mg合金进行了不同冷速条件下的凝固实验和力学性能测试,结合数值模拟计算结果分析了初始成分、凝固速率对微观组织、力学性能的影响,还对包共晶的凝固机理进行了分析。分析结果表明:本文中发生了包共晶反应的三元Al-Cu-Mg合金在结束包共晶反应后继续发生了三元共晶反应,凝固过程中发生了包共晶反应的合金比仅发生三元共晶反应的合金具有更高的硬度。利用Thermo-Calc的轻质合金库尝试对Al-Cu-Sn合金进行了热力学计算,结合实验得到的微观组织确定了Al-6Cu-4Sn、Al-10Cu-10Sn、Al-20Cu-30Sn的凝固路径,测量了不同成分Al-Cu-Sn合金的硬度和压缩性能,分析了偏晶反应析出相对力学性能的影响。研究了元素Mo、Y的加入对Ti-44Ni-6Cu的微观组织和性能的影响,实验结果表明:当Mo含量为0.6wt.%时,晶界处生成了较多的白色相,这些相导致硬度上升,强度和塑性急剧恶化;而Y对试样的性能影响很有限。