Al-Si合金因具有良好的铸造性能、热稳定性、耐磨性、密度小和比强度高等优点,广泛用于内燃机零部件的制造。活塞作为发动机核心部件,随着发动机功率不断提升,其材料强度严重不足。为满足高功率密度发动机研制,必须提高活塞材料的强度及可靠性,从而满足高功率密度发动机动力系统的不断发展。本课题以Al-Si多元合金为研究对象,通过在凝固过程中施加外场振动来细化合金组织,探求其强化效果及原理。分别研究了振动位置、振动频率和起振温度等对Al-Si多元合金凝固特性参数的影响;分析了不同振动条件下Al-Si多元合金显微组织,室温、350℃及425℃的抗拉性能和450℃时高周旋弯疲劳寿命,通过对比分析,建立不同振动条件下组织与性能间的关系,揭示外场振动对Al-Si多元合金凝固组织与性能的影响机制。具体研究结论如下:合金凝固过程中施加外场振动,随着频率和起振温度的升高,合金组织中初生Si相尺寸先减小后增大,共晶硅的细化效果先增强后减弱。当振动频率为35Hz、起振温度760℃,在模具顶部施加振动时,合金凝固初始温度最低为580℃,共晶反应时间最短为15s,外场振动有效缩短了共晶反应时间,加快了合金凝固。初生Si相平均等积圆直径最小为17.83μm,平均形状因子最大为0.68,共晶Si相平均尺寸最短为11.41μm。相比于无振动的凝固组织,初生Si相与共晶Si相平均尺寸分别减少了 10.5%和37.3%。合金凝固过程中施加外场振动,提高了合金凝固过程中的形核率,初生Si相尺寸变小,且边界更加圆整,共晶硅粒化后尺寸变小。合金凝固初始温度TL和共晶反应时间teu与振动频率f呈二次关系。对不同振动条件下的Al-Si多元合金分别进行室温、350℃和425℃的拉伸试验。结果表明,合金凝固过程中施加外场振动,可以增强合金凝固过程中熔体的补缩能力。当振动频率为35Hz、起振温度760℃,振动位置为模具顶部时,合金的室温、350℃和425℃的抗拉强度最高,分别为233MPa、114MPa、60MPa;延伸率也最高,分别为0.75%、3.55%、8.8%。与未施加振动处理的合金相比,其抗拉强度分别提高了 14.8%、6%、13.2%,延伸率分别提高了 36.4%、65%、28.4%。凝固过程中施加外场振动不但细化了 Si相,而且Al3Ni相与AlCuNi相以及富稀土相的尺寸也得到了不同程度的细化,彼此之间形成了更多的半封闭或封闭结构,均匀分布于α-Al基体中,阻碍位错运动,一定程度上避免了应力集中导致的α-Al基体割裂破碎,因此合金塑性好,强度也有所提高。不同振动条件下Al-Si多元合金,经旋弯疲劳试验（450℃、80Hz、60MPa）测试,其疲劳寿命均明显高于未施加振动合金。当振动频率为35Hz、起振温度760℃,振动位置为模具顶部时,合金疲劳寿命最高为13481780次,相比无振动合金提高了约17倍,合金抗高温疲劳寿命明显提升。外场振动细化合金中组织,减少缺陷,有效防止裂纹萌生,裂纹扩展区疲劳条带间距明显,瞬断区韧窝增多,显著提高合金疲劳寿命。在振动力作用下,晶粒细化后晶界增多,微裂纹更加分散,延缓裂纹扩展速率、改变裂纹扩展路径,一定程度阻碍裂纹扩展,合金疲劳寿命提高。疲劳寿命随振动频率和起振温度的升高先增大后减小。