在能源、环境和安全问题日益严峻的情况下,材料轻量化成为交通运输、航空航天等行业发展的新方向,铸造Al-Cu合金因其密度低、比强度高、耐磨和耐腐蚀性良好等优点成为材料轻量化发展的优选材料。然而,铸造Al-Cu合金微观组织导致发达的α-Al枝晶和粗大的θ-Al2Cu组成。合金中粗大的θ-Al2Cu使得合金中产生应力集中,使得合金的力学性能较低。为了提高铸造Al-Cu合金的力学性能,化学变质是细化α-Al和θ-Al2Cu相的有效方法。本论文进行了合金元素对Al-Cu合金微观组织和力学性能影响研究,得出以下主要结论:本文以Al-5%Cu合金中α-Al枝晶和θ-Al2Cu相为研究对象,采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪研究高熵合金和稀土Sc对Al-5%Cu合金中初生α-Al和θ-Al2Cu相的形貌及尺寸的影响;研究高熵合金对Al-5%Cu合金微观组织的影响,分析Al-Cu合金微观组织演变与力学性能之间的关系,探究Sc元素对纳米AlCu相的作用机制,为Al-Cu合金的工业化应用提供科学依据和理论指导,并得出以下结论。(1)Sc的添加对Al-5%Cu合金中初生α-Al有显著的变质效果。初生α-Al的形貌由粗大的树枝晶转变为细小均匀的等轴晶。当Sc含量增加到0.8%时,初生α-Al的平均尺寸从386μm减小到29.6μm,减小了92.5%。Sc也能够有效地改变θ-Al2Cu的形貌,其形貌由粗大不均匀的组织转变为细小连续的组织。随着Sc含量增加到0.8%,Al-5%Cu合金的屈服强度,抗拉强度和延伸分别提升了61.6%,66.8%和57.2%。(2)添加Sc可以生成一种新的纳米AlCu相,并且添加Sc可以显著地改变了Al-5%Cu合金中纳米AlCu相的尺寸。随着Sc含量的增加,纳米AlCu相的尺寸减小,而且纳米AlCu相的长度从371.2μm减小到100μm,宽度由20μm减小到10μm。纳米AlCu相的数量也增多。通过TEM的分析可以表明,在凝固过程中Sc在纳米AlCu相的两端,抑制其生长;并且纳米AlCu与基体有较好的晶格对应关系,可以作为α-Al生长的前驱体与Al3Sc一起细化晶粒。(3)Al-5%Cu合金中添加高熵合金后,初生α-Al枝晶和θ-Al2Cu被有效细化,Al-5%Cu合金中初生α-Al的平均晶粒尺寸从147.5μm减小到28.4μm。另外,Al-5wt.%Cu合金中θ-Al2Cu的形貌从粗大的不均匀的片状组织转变为细小均与的分布。与未经细化的Al-5%Cu合金相比,经过0.3wt.%高熵合金变质的Al-5%Cu合金抗拉强度从169MPa增加至203MPa,提高了20.1%;屈服强度从93.6MPa增加至112MPa,提高了19.7%;延伸率从13%增加至25%,提高了92.3%。