随着航空航天、交通运输领域的飞速发展,高性能铸造铝合金产品的需求也越来越大,Al-Cu合金由于其优良的综合力学性能而受到广泛关注。但是,Al-Cu合金存在铸造性能较差以及成分偏析倾向严重等问题,这就使得传统铸造工艺很难满足高性能Al-Cu合金零部件的开发和生产要求。施加外场是改善铝合金铸造性能、优化凝固组织,获得组织致密、综合力学性能优异铸件的有效方法,挤压铸造技术作为在充型后凝固段施加高压力的先进铸造技术,对解决Al-Cu类高性能铝合金铸造成形难题具有重要意义,是目前的研究热点。本文以铸造Al-Cu合金作为研究对象,在明确传统铸造和挤压铸造工艺条件中Cu含量对合金组织及性能影响规律的基础上,系统研究了挤压铸造成形条件下Al-Cu合金的组织特点、溶质分布特征,以及它们在不同热处理制度下的演变规律等,进而分析材料力学性能随其变化规律和机制。研究发现,金属型铸造工艺中,随Cu含量增加组织中Al2Cu相体积分数明显提高,但当Cu含量较高达到6.07 wt.%时,虽然Al2Cu相体积分数继续提高,但在固溶处理过程中并不能实现完全回溶,有大量Al2Cu相残余在晶界处,因此强韧效果不能随着Cu含量增加而持续提升,表现为先增加后降低的趋势。挤压铸造工艺下,Al2Cu相随Cu含量的变化规律与传统铸造相同,但由于凝固后段成形压力的冲刷破碎作用,Al2Cu相尺寸明显细化。挤压铸造过程中,较高的挤压压力一方面可以促进熔体或表面凝固组织与模具接触,增进传热效率,提高冷却速度,从而细化表层组织,同时凝固过程中持续存在的压力可以使得高温料饼位置持续向未凝固熔体提供热量,使得挤压铸造Al-Cu合金晶粒组织表现为典型的由表层细晶区和芯部粗晶区构成的双峰组织特点,表层细晶区晶粒尺寸在8-12μm,芯部粗晶晶粒尺寸在32-40μm范围;另外,凝固组织表现出明显的反偏析现象,这是由于所施加压力场带来的温度梯度、凝固收缩负压与溶质扩散行为交互作用的结果。与金属型铸造工艺相比,挤压铸造工艺下α-Al基体晶粒和Al2Cu等共晶相更加细小,整体凝固组织得到显著细化,因此力学性能更为优异。选择Al-6.07 wt.%Cu合金,系统研究了固溶及时效工艺对挤压铸造合金组织和力学性能的影响。通过热处理,表层细晶区晶粒有所长大,同时可以一定程度向粗晶区扩展,使得整体组织中细小等轴晶比例提高,但热处理并不能完全消除晶粒组织的双峰特征,表现出铸态组织特点的相似性;另外,热处理进一步促进合金元素扩散,减弱铸态的反常偏析特征。在本实验条件下,浇注温度730℃、模具温度150℃、成形压力130 MPa的挤压铸造工艺所获得Al-6.07Cu合金,经过500℃、10 h固溶处理和175℃、13 h时效处理后,室温力学性能可以达到抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为343 MPa、270 MPa和3.3%。