过共晶Al-Si合金具有质量轻、耐磨性和耐腐蚀性好、热膨胀系数低等诸多优点,是制造活塞、发动机缸体衬套和汽车刹车盘等精密耐磨部件的优质材料。传统的熔铸法制备的过共晶Al-Si合金晶粒粗大,含有较多的树枝晶,严重降低合金的力学性能和切削加工性能,限制了过共晶Al-Si合金的发展和应用。有研究表明,固相分数在30%-40%之间的半固态浆料凝固后容易得到晶粒细小、球形度高的合金组织,若能设计一套装置,将高温液态Al-Si合金浇注进去,通过调整装置的各项参数,使最终流出装置的合金熔液固相分数位于30%-40%之间,则可得到组织良好的过共晶Al-Si合金。基于上述思想,本文设计了半固态浆料双螺旋机械搅拌装置,并选取Al-20%Si(质量分数)作为研究对象,利用有限元方法(FEM)对装置内合金熔体冷却过程中产生的温度场和流场进行模拟,研究了螺旋杆转速、冷却水流量和搅拌桶倾斜角度三个因素对合金熔体温度场和流场分布的影响,通过正交试验法分析以上三个因素对晶粒尺寸大小的影响,从而确定最优的实验参数,并制备出晶粒尺寸小于50μm的Al-Si合金样品。模拟研究表明：冷却水流量越大、搅拌桶倾斜角度越小,合金熔体的温降越大,螺旋杆转速对温度场的分布影响较小；合金熔体的温度由入口向出口逐渐降低,搅拌桶底部的合金熔体较顶部的温度高,等温线朝合金熔体前进的方向凸出；合金熔体的速度由入口向出口先降低后升高,到达出口时的速度最高；出口处合金熔体固相分数为30%～40%之间时得到的晶粒尺寸也相对较小,说明模拟的结果与实验结果符合较好。正交试验分析表明：冷却水流量是影响晶粒尺寸的主要因素,螺旋杆转速次之,搅拌桶倾斜角度对晶粒尺寸的影响最小；冷却水流量和搅拌桶倾斜角度逐渐增大时,晶粒尺寸均先减小后增大；螺旋杆转速逐渐升高时,晶粒尺寸逐渐减小,球形度逐渐升高,说明螺旋杆转速越高越能有效地打碎合金熔液中的树枝晶。通过正交试验分析得出的最优实验参数是：螺旋杆转速为1400r/min、冷却水流量为0.2kg/s、搅拌桶倾斜角度为15。,此参数下得到的合金样品晶粒尺寸为48μmm,与期望值符合良好。