高硅铝合金通常指合金中硅的质量分数大于20%的铝硅合金。由于高硅铝合金具有轻质、耐磨、耐热、耐腐蚀、热膨胀系数低、铸造性能好等优点,成为人们重点关注的一类铸造铝合金,主要用于汽车、船舶、高速列车、航空航天器等制造领域。但是,随硅含量增加,高硅铝合金组织中会出现粗大的初生硅相,严重降低合金的力学性能,限制了其应用范围,导致目前国内外高硅铝合金牌号较少,成形也较为困难。本文在实验研究的基础上,综合运用光学显微金相分析、X射线衍射分析、扫描电子显微分析、热分析、室温拉伸力学性能测试和高温拉伸力学性能测试等分析方法。研究了高硅铝合金材料及其流变压铸成型技术,揭示了Cu含量对压铸Al-22Si-0.4Mg合金显微组织、力学性能和热裂倾向敏感性的影响规律,研制出适于高压压铸的Al-22Si-2.5Cu-0.4Mg高硅铝合金,开发了该合金的半固态制浆工艺和流变压铸成形技术,阐明了工艺参数对半固态浆料组织、流变压铸铸件组织和力学性能的影响。研究结果表明:铜含量对压铸Al-22Si-0.4Mg合金的显微组织,力学性能,热裂倾向敏感性以及压铸成形能力具有重要影响。影响规律如下:随着铜含量的升高,合金组织中Al2Cu相含量逐渐增多,且Al2Cu相的形态随铜含量的增加逐渐变化,由低Cu含量(1.5wt.%)时的圆点状或小圆球状变为中Cu含量(2.5wt.%)时的细短杆状,到高Cu含量(3.5wt.%及以上)时的粗长杆状或大块状。当铜含量达到3.5wt.%及以上时,Al2Cu相形成连续的晶间网状结构。铜含量的增加对初生硅、共晶硅、α-Al相的尺寸、形态和分布上基本没有影响。随着铜含量的升高(1.5~4.5wt.%),合金的室温抗拉强度逐渐升高,从197MPa逐渐增大到230MPa。室温延伸率随Cu含量增加有下降趋势。用约束热裂棒法研究了合金的热裂倾向敏感性,结果显示随着铜含量的升高,合金的热裂倾向数值即HCS(Hot Cracking Susceptibility)数值逐渐增大,从16依次增大为48,240,272。Cu含量对Al-22Si-0.4Mg合金的液态高压压铸成形能力也具有重要影响,当Cu含量≤2.5wt.%时,合金的热裂倾向小,不会影响压铸成形,压铸试样凝固过程中不会断裂,当Cu含量>2.5wt.%时,合金的热裂倾向增加,使试样在凝固过程中断裂。综合力学性能和成形性能,合金优化的Cu含量为2.5wt.%。用自行设计制造的剪切低温浇注式半固态浆料制备装置进行了Al-22Si-2.5Cu-0.4Mg合金的流变制浆工艺优化。重点优化了滚筒转速和熔体浇注温度。流变制浆工艺对Al-22Si-2.5Cu-0.4Mg的半固态显微组织具有显著影响。滚筒转速从0r/min增加至90r/min时,初生硅相平均尺寸随滚筒转速的增加而减小。熔体浇注温度从820oC降低至760oC时,初生硅相平均尺寸先减小后增大,浇注温度为800oC时,初生硅相平均尺寸最小,分布最为均匀。研究表明最佳的制浆工艺参数为熔体浇注温度为800oC,滚筒转速90r/min。此时初生硅相的平均尺寸约为30μm,分散均匀。同时,分析了熔体浇注温度和滚筒转速对合金显微组织的影响。研究了流变压铸工艺参数对Al-22Si-2.5Cu-0.4Mg合金的显微组织,综合力学性能,压铸成形能力的影响,并与液态高压压铸实验进行了对比研究。基于合金的室温抗拉强度和压铸成形能力,分别优化出最佳半固态流变压铸工艺参数和液态压铸工艺参数,半固态流变压铸工艺为滚筒转速90r/min、熔体浇注温度760oC,液态压铸时优化的熔体浇注温度为680oC。相较于普通液态压铸,流变压铸使合金显微组织得到明显优化改善,初生硅相得到明显细化并均匀分布,初生硅相平均尺寸由45μm减小为27μm,共晶硅相也得到一定程度钝化,合金的室温抗拉强度从204MPa提升至225MPa,300oC抗拉强度从102MPa提升至116MPa,同时,合金热裂倾向大幅降低,压铸成形能力提高。对于Al-22Si-2.5Cu-0.4Mg合金,半固态流变压铸可以明显改善合金显微组织并提高其力学性能,有望在实际工业生产中得到应用。