挤压铸造利用机械压力补偿金属凝固收缩，最终获得组织致密，力学性能优良的铸件，是一种结合铸造和锻造的先进近净成形工艺。其凝固过程涉及热量传递、液固相变、压力传递和热粘弹应力应变等多物理场耦合作用。研究挤压铸造凝固过程热-力演变行为，建立热-力耦合的数学模型，预测铸件内部温度和应力应变分布，对认知挤压铸造工艺本质，优化铸造工艺有非常重要的意义。设计了热-力测试实验模具和方案，分别测量了ZL101A直接挤压铸造过程不同挤压力下铸件、模具温度和铸件底部压力的变化。分析讨论了不同挤压铸造凝固过程温度变化与压力演变规律，及两者的相互关系。实验结果表明，凝固初期铸件凝壳较薄、变形抗力较小，在挤压力下极易变形，铸件/模具间的摩擦力随着变形量的增加而增加，压力在铸件内衰减；凝固后期，铸件固相率高、变形抗力大，50、75MPa下其底部压力开始上升，但100MPa挤压力较大，能使铸件持续变形，摩擦力增大。在本实验条件下50与75MPa挤压力补缩效果有限，100MPa挤压力能有效地补缩；研究表明，选取合适的保压时间，能够实现良好补缩且减小模具损伤。建立了挤压铸造凝固过程热-力耦合有限元数学模型，其中：温度场采用热焓法处理凝固潜热，用三时层法处理非稳态项；应力场分别采用热粘弹塑性模型和理想弹塑性模型描述凝壳和金属液的力学行为，同时考虑凝固体积收缩和高温非弹性变形的影响。提出了热力耦合计算的关键问题处理方法，包括：铸件/模具界面传热模型、界面接触处理。基于所建立的数学模型及有限元分析方法，设计和开发了C++计算程序。对实验挤压铸造件进行了模拟应用，对模拟结果进行了分析讨论，结果表明：随着挤压力增加，铸件/模具界面接触改善，计算的铸件冷却速度增大、温度越低，模具温度越高；凝壳部位等效应力较大，而内部液相区域应力较小，随着挤压力加大，凝壳部位等效应力值增大且塑性变形增加，内部液相低应力区域缩小。该结果表明了所建立的模型合理性。实验验证结果也表明，模拟计算的温度和压力变化规律与实验吻合良好，建立的挤压铸造热-力耦合模型基本正确。