本文利用高倍视频显微镜(HSVM)、电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜(FSEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、常规透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和三维原子探针(APT)等分析测试手段对铝合金中Mg2Si相的演变行为与析出长大机制进行了研究。研究了Al-Mg2Si-(Si)合金的凝固过程及组织演变规律；分析了Al-4%Mg-0.5%Si-1%Cu合金固溶时效过程中纳米沉淀析出相的演变过程及Ag对演变行为的影响；建立了初生Mg2Si相的生长模型,揭示了其不同形貌间的相互转化机制,实现了对其形核与生长的控制；通过引入Ni以形成NiAl3相改变合金凝固过程,促使了共晶Mg2Si长大方式的改变,从而改善了其微观组织。全文的主要结论如下：(1)Al-Mg2Si-(Si)合金凝固过程及组织演变规律根据Al-Mg2Si-(Si)合金相图和实验结果：对于亚共晶Al-Mg2Si合金,凝固过程可表示为：L→(α-Al)P+(Al+Mg2Si)E,共晶Mg2Si三维形貌为板片状或棒状；对于过共晶合金,凝固过程可表示为L→Mg2SiP+(Al+Mg2Si)E,初生Mg2Si则呈现出多种形貌：完整八面体、平截八面体、漏斗晶以及粗大的枝晶。过共晶Al-Mg2Si合金中含有少量过剩Si时,在其凝固后期会发生三元共晶反应,其凝固过程可表示为L→Mg2SiP+(Al+Mg2Si)E+(Al+Mg2Si+Si)E。(2)Al-4%Mg-0.5%Si-1Cu合金时效硬化过程中纳米析出相的演变及Ag对其演变行为的影响。经520℃固溶淬火后,合金中共晶Mg2Si部分固溶于基体中。在200℃等温时效过程中,沉淀析出相主要为短棒状GPB(Guinier-Preston-Bagaryatsky)区和板条状S相(Al2CuMg),固溶的Si则起到了稳定GPB区的作用。Ag的加入显著改变了合金沉淀析出相的演变过程,促使了板块状Z相的形成且沿{111}Al惯析面析出(成分为Al：～38at.%,Mg：～32at.%,Cu：～20at.%,Ag：～10at.%),并抑制GPB区向S相的转变。固溶温度从520℃升高至560℃,使得更多的Si固溶到铝基体中(由0.06at.%增加到0.13at.%)。在后续时效过程中,较高固溶含量的Si促进了合金中更高密度GPB的析出,同时Ag的存在促使Z相析出的同时又抑制GPB向S相的转变,高密度的GPB和Z相共同作用使合金表现出更加显著的硬化效应。(3)初生Mg2Si生长模型的建立与不同形貌间的相互转化机制。从晶体结构分析,Mg2Si属于反萤石结构,倾向于形成表面自由能低的完整八面体。在生长过程中,优先沿着<100>方向生长,<111>方向生长速度最慢,随着晶体的长大,{100}和{110}面逐渐消失,形成八面体的顶点和棱边,密排{111}面被保留下来,成为八面体的显露面。在实验的合金熔体环境中,由于传热、传质和杂质元素等因素的影响,Mg2Si<100>和<111>方向的生长相对速度发生改变,从而使得晶体形成八面体漏斗晶、平截八面体或立方体。合金中Mg2Si含量较高时,优先生长方向<100>的生长速率会加快,沿着<100>方向形成一次主干,并在垂直于一次主干的<100>方向形成二次分枝。在生长过程中,生长单元发生部分重叠、聚合现象,从而形成多种形貌特征的Mg2Si树枝晶。通过向合金熔体中加入Al-P、Al-Ti-B中间合金,增加Mg2Si的形核质点,降低熔体的过饱和度,实现了初生Mg2Si由粗大枝晶向细小八面体或平截八面体的转变。并由Turnbull-Vonnegut公式计算得到AlP的(220)晶面和Mg2Si的(311)晶面的错配度为6.58%,TiB2的(001)和Mg2Si的(200)晶面的错配度为4.64%,从结构上证明了AlP和TiB2均可作为初生Mg2Si的良好形核衬底。并且进一步试验发现,AlP和TiB2可形成耦合粒子共同作为初生Mg2Si的形核核心,促进Mg2Si的析出。(4)Al-Mg2Si-NiAl3合金凝固组织的演变及NiAl3对共晶Mg2Si长大方式的影响通过Thermo-calc软件计算得到了Al-Mg2Si-NiAl3伪三元共晶合金相图,并对其凝固过程和微观组织进行了分析。计算得到三元共晶反应成分点为Al-12.1%Mg2Si-8.4%NiAl3,平衡条件下反应温度为587.05℃。在Al-15%Mg2Si-NiAl3体系中,存在两个成分拐点,分别是7.9%NiAl3和13.1%NiAl3。当合金中的NiAl3含量较少时(<7.9%),NiAl3只存在于(Al+Mg2Si+NiAl3)E三元共晶中；而当NiAl3含量位于7.9%与13.1%之间时,会出现(Mg2Si+NiAl3)E二元共晶；继续增加NiAl3含量(>13.1%),初生NiAl3析出。当合金中(Al+Mg2Si)E二元共晶全部转变成(Al+Mg2Si+NiAl3)E三元共晶组织时,共晶NiAl3倾向于形成界面能较低的棒状形貌,诱使形成棒状Mg2Si相来降低总的界面能。棒状NiAl3和Mg2Si两者相间均匀分布在铝基体上,形成独特的双棒状(Al+Mg2Si+NiAl3)E三元共晶组织。