过共晶铝硅合金比重小、热膨胀系数低、耐磨性和体积稳定性好,是理想的活塞材料。本文研究含硅22~26%的高硅含量过共晶铝硅合金(为方便起见,合金代号暂用ZS24表示)。通过研究P、稀土(RE)、Sr的单一变质和三者之间的复合变质,得到了一种变质效果良好的P-RE-Sr三元复合变质剂。利用该复合变质剂变质ZS24合金,得到的初晶硅尺寸仅10~15μm,且初晶硅明显呈钝角化和团球化特征;同时得到尺寸细小的共晶硅相,大部分呈蠕球杆状,好于高效磷复合变质剂(PM)变质的短杆状共晶硅。利用正交试验方法和极差、回归分析手段,研究铝硅活塞合金成分、组织和性能的相互关系及Cu、Mg、Mn元素含量变化对合金室温强度、高温强度和硬度的影响,确定了ZS24合金成分。并得出如下结论:在P、Re、Sr三元复合变质的基础上,Cu、Mg、Mn元素在给定的取值范围内变化时,合金室温强度、高温强度和硬度的变化幅度不大,且满足活塞合金性能要求。本研究合金室温抗拉强度σb为217.84~242.91MPa,300℃高温下抗拉强度σb,300℃为127.39~143.57MPa;与ZL109共晶合金σb=196~290MPa和σb,300℃=70~ 90MPa相比,ZS24合金室温强度稍低,但其高温强度远大于ZL109,因此更适合于在高温高压的工况下工作。ZS24合金在20~300℃之间的热膨胀系数为17.5~19.5×10-6℃-1,比ZL109合金20.9×10-6℃-1低6.7~16.3%。同时对ZS24合金的耐磨性进行了研究,结果表明ZS24合金磨损率为1.060~1.066×10-14m3·N-1·m-1,远好于ZL109的2.708×10-14m3·N-1·m-1,是一种优良的过共晶铝硅活塞合金。本研究为不断提高活塞合金的综合机械性能,拓宽其应用范围提供了新的可行途径,具有重要的学术和现实意义。