随着高功率及增压内燃机轻量化的推进,以轻质元素铝和硅为基础的铝硅活塞合金越来越受到研究者的关注和重视。而其中的过共晶高硅铝合金,通常硅含量高达22wt.%-26wt.%,与较低硅含量的铝硅合金相比,基体中以初、共晶硅形式存在的大量过固溶态硅,可以大大减小合金的密度、热膨胀系数,降低铸件成本,改善其体积稳定性和铸造性能等。并且,随着硅含量的增加,这些优势还可以有更进一步的发挥。但硅含量提高的同时,组织中的初、共晶硅相变得更加粗大杂乱,细化变质难度加大,对材料性能的损害也愈发严重,尤其是强度、塑性和耐磨性能等。相比较低硅含量的铝硅合金,国内外对于高硅铝合金变质强化技术还不够成熟,从而限制了它的广泛应用。本实验以高硅含量的过共晶Al-25Si合金为研究对象,针对其存在的明显优势与不足,研制出一种新型的Al-Mn-Ti-P-Cu中间合金,并辅助适量强化金属Mg在一定工艺条件下加入合金熔体,浇注成型后再通过一定的热处理工艺,达到较大程度上改善合金的组织及性能的目的,使高硅含量带来的性能潜力可以得到更充分发挥。本实验主要研究成果如下：1)实验所用过共晶Al-25Si合金的铸态组织包含：五瓣星状或块状的初晶硅、长针状的共晶硅以及不规则状的α-Al,各相均较粗大且分布不均,同时初晶硅内部及边界存在大量空洞、裂纹等缺陷。2)实验所用Al-Mn-Ti-P-Cu中间合金中的AlP、Al3Ti相,由于分别与铝硅合金中的初晶硅、α-Al在晶体学上存在诸多相似性而可以成为二者的形核质点并使之细化,共晶硅则因为与α-Al之间的协同生长关系而被同步细化,故该中间合金可以起到同时细化初、共晶硅及α-Al的三重变质作用。同时,其制备及变质过程绿色环保,880℃时添加4wt.%的该中间合金至Al-25Si熔体并保温20min,可获得最佳的变质效果。变质后再添加Mg所得组织还可获得了良好的抗衰退能力。3)在中间合金变质之后,于浇注前(770℃)向合金熔体中添加Mg,在保证组织不粗化的前提下,可使Mg的添加量扩展至远超通常范围(0.4-0.7wt.%)的1.5wt.%,同时引入较细小的Mg2Si强化相(颗粒状或小骨骼状),避免其生长为粗大汉字状或网状,使Mg的固溶、沉淀强化效果能得到充分发挥。这与Mg2Si、共晶硅间的附着生长关系以及AlP被Mg2Si用作形核质点有关。4)实验合金的最佳热处理工艺为T6条件下510℃×6h固溶+210℃×10h时效。热处理后,初晶硅转化为圆整的小块状,粒化效果明显,球化率提高,平均尺寸从约2501μm降至仅13.09μm,共晶硅转化为颗粒状或短棒状,Mg2Si则几乎全部转化为颗粒状,同时大量析出强化相以细小颗粒状在基体中产生。最终得到一种较理想的组织：在α-Al体中均匀弥散分布着相对细小圆整的初晶硅、共晶硅、Mg2Si及其他强化析出相。5)本实验合金组织优化的同时,主要性能几乎均随着中间合金、Mg的添加以及热处理的进行而依次改善且幅度较大。硬度从81.6HB提升至127HB；常温及300℃高温条件下的抗拉强度分别达到了293MPa、158MPa,整体增幅高达208.4%和107.9%,拉伸断口韧性特征逐渐明显；磨损失重量下降近半,磨损机制也由混合型磨损转化为单一的磨粒磨损；此外,合金的耐热、耐蚀性能也都获得超过60%的显著改善。组织优化后缺陷的减少、对基体割裂作用的减小以及α-Al的细晶强化作用,Cu等元素及高加入量Mg的合金化作用,热处理后基体中的Mg2Si、Al2Cu及其他析出强化相的沉淀强化作用,对合金各性能的全面提升起到了重要作用。