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铝合金在汽车行业等领域具有重大应用价值,对实现车辆轻量化、提高能源利用效率具有重要意义。基于亚快速凝固技术（冷却速率102–103℃/s）的双辊铸轧可以进一步提升铝合金的综合性能并实现高效化生产,是一种具有良好应用前景的工艺技术。然而,目前亚快速凝固铝合金的研究较少,特别是尚未有效揭示铝合金在亚快速凝固过程中溶质再分配及微观偏析、微观组织演化、力学性能等方面的科学规律,这给深入把握铝合金的亚快速凝固行为及相应的力学性能等带来了困扰和挑战。因此,本文以Al-Mg-Si系铝合金为研究对象,研究了Mg含量对亚快速凝固（200℃/s）铝合金的微观组织及含Fe相演化、微观偏析及力学性能的影响规律,优化出适合亚快速凝固的较佳成分。在30–350℃/s的冷速范围内,系统研究并阐明了不同冷速下铝合金的微观组织演化、微观偏析以及液相中溶质元素相互作用等规律。揭示了固溶温度对亚快速凝固铝合金在淬火态和人工时效后的溶质原子团簇及析出相演化、析出强化效果及机制等方面的影响规律。本文的主要研究内容和得到的主要结论如下:（1）研究了Mg含量对亚快速凝固Al-x Mg-1.0Si-0.20Fe铝合金的柱状晶向等轴晶转化（CET）、含Fe相的种类、微观偏析及相应力学性能的影响。当Mg含量为0.15 wt.%时,亚快速凝固组织全部为柱状晶,含Fe相为β-Al Fe Si;当Mg含量提高到0.73 wt.%,亚快速凝固组织中出现了少量等轴晶（面积分数～9%）,含Fe相转变为α-Al Fe Si;继续增加Mg含量,等轴晶面积分数进一步增加（≥35%）,含Fe相仍为α-Al Fe Si,枝晶界出现大量共晶Mg2Si;当Mg含量为0.73 wt.%时,亚快速凝固铝合金的微观偏析较轻,在固溶和人工时效后具有较佳的强塑性匹配;因此,适合亚快速凝固的较佳成分为Al-0.7Mg-1.0Si-0.2Fe（wt.%）。（2）研究了在30–350℃/s的冷却速率范围内铝合金微观组织的演化规律,建立了溶质分配系数与冷速之间的关系,并揭示了随冷速增加铝合金中不同溶质元素被α-Al基体捕获的能力。冷速从30℃/s提高到350℃/s后,粗大Mg2Si被完全抑制,含Fe相从β-Al Fe Si转化为α-Al Fe Si,面积分数从～3.3%降低到～0.4%;铝合金中Mg元素的溶质分配系数增加了0.22,而Si和Fe元素的溶质分配系数分别增加0.09和0.06;因此,Mg元素的溶质分配系数对冷却速率的变化较为敏感,随冷速增加Mg元素较容易被α-Al基体所捕获。（3）基于BCT模型,建立了适用于多元稀溶液的枝晶自由生长动力学模型。在30–350℃/s冷却速率的范围内,Al-Mg-Si-Fe四元铝合金的枝晶生长速率介于0.05–0.68 m/s;通过Aziz方程获得了Mg、Si和Fe元素的理论溶质分配系数,发现Mg、Si元素的理论溶质分配系数与实测值接近,而Fe元素相差较大;这是因为Si元素促进了Fe在液态Al中的扩散。（4）研究了固溶温度对亚快速凝固铝合金析出强化效果的影响。400℃固溶的淬火态铝合金维氏硬度为38.6 HV,经170℃、11 h人工时效后维氏硬度值为40.8 HV,基本无析出强化;450℃固溶的淬火态铝合金维氏硬度为47.9 HV,人工时效4 h后维氏硬度提高到58.4 HV,产生析出强化;550℃固溶的淬火态铝合金维氏硬度为83.5 HV,人工时效0.5 h后维氏硬度提高到85.1 HV,产生析出强化;因此,较高的固溶温度会加快铝合金的析出强化响应;固溶温度从400℃升高到550℃,淬火态铝合金的维氏硬度提高44.9 HV,人工时效态铝合金的维氏硬度提高77.6 HV;因而,高的固溶温度也会提升铝合金的析出强化效果。（5）研究并揭示了固溶温度对亚快速凝固铝合金溶质原子团簇和析出相的影响机制。400℃固溶的铝合金在淬火态和经170℃、11 h人工时效后均没有形成溶质原子团簇或析出相;550℃固溶的铝合金在淬火态存在大量Mg-Si团簇结构,团簇的半径约0.8±0.3 nm,密度约1.86×1024 m-3;人工时效后,基体中形成了亚稳析出相β",密度约1.64×1023 m-3;此外,400℃固溶的淬火态铝合金基体中Mg和Si元素含量分别约为0.22 at.%和0.52 at.%;550℃固溶的淬火态铝合金基体中Mg和Si元素的含量升高到约0.64 at.%和1.15 at.%;因此,高的固溶温度可以提升淬火态铝合金基体中溶质原子的固溶度;固溶温度400℃时,淬火态铝合金屈服强度为65 MPa;固溶温度为550℃时,淬火态铝合金屈服强度为163 MPa,屈服强度提高98 MPa。屈服强度的增量主要由固溶强化和团簇强化提供,其中固溶强化贡献约41 MPa,团簇强化贡献约57 MPa,因而团簇强化的贡献较高。综上,本文研究了Mg含量对亚快速凝固Al-Mg-Si-Fe合金微观组织及力学性能的影响规律,并优化出适合于亚快速凝固的较佳化学成分。然后系统研究并阐明了铝合金的亚快速凝固行为以及固溶温度对亚快速凝固铝合金溶质原子团簇和析出相的影响机制,揭示了固溶温度对亚快速凝固铝合金析出强化效果的影响规律。本文的研究结果为深入理解铝合金的亚快速凝固行为,进而调控其微观组织和力学性能,开发基于亚快速凝固技术的高性能Al-Mg-Si系铝合金并实现高效化生产提供了依据。