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近共晶和过共晶Al-Si系合金以其铸造性能好、综合力学性能高、热膨胀系数低、导热性好等优点,成为制造活塞、汽缸等汽车零部件理想的轻量化材料。然而,粗大板块状的初晶β-Si相和针片状的共晶β-Si相(β-Si相以下简称为Si相)形态是降低其力学性能的主要因素。工业生产中常采用变质处理来改善Si相形态,从而提高拉伸性能。但目前Si相形态(包括Si相形貌、尺寸及分布等)对硬度、耐磨性等其它力学性能的影响规律尚缺乏系统研究。基于此,本文以近共晶Al-13Si和过共晶Al-25Si二元合金为主要研究对象,采用P、Sr变质处理Al-13Si合金分别获得过共晶/亚共晶组织特征形态;通过加P等熔体处理,使Al-25Si合金中初晶Si相呈不同尺寸及分布形态。研究了在成分一定的前提下,Si相形貌、尺寸及分布等变化时,Al-13Si和Al-25Si合金宏观硬度、拉伸性能以及摩擦磨损性能的变化规律;分析了硬度、耐磨性能等力学行为对Si相形态敏感性差异及其成因;研究了 Ca元素对P变质或细化的抑制作用机理,提出了一种高效环保的除Ca新工艺。本文主要研究工作如下:(1)近共晶Al-13Si合金Si相组织形貌及分布与力学行为的相关性研究发现,在室温条件下,当化学成分一定时,调控Si相形貌及分布并不能使Al-13Si合金的硬度发生明显变化,表明硬度对Si相形貌及分布不敏感。但Si相形态却显著影响拉伸性能和耐磨性能:合金经Sr变质处理后,Ω-Al基体与共晶Si相界面结合关系得到显著改善,拉伸强度达到205MPa,相比P变质处理提升23%左右,延伸率由1.03%提高至3.48%;摩擦磨损试验中合金的磨损量也较P变质的少,尤其是在高载荷(120N、150N)条件下,合金的耐磨性更好。与之相反,在高温(350℃)条件下,P变质后合金中Si相分布相对更均匀,变形更协调,合金拉伸强度更高,达到72MPa,延伸率为7.4%;摩擦系数变化更为平稳,耐磨性更佳。以上结果表明,合金拉伸性能和耐磨性均对Si相形貌及分布比较敏感。(2)过共晶Al-25Si合金初晶Si相尺寸与力学行为的相关性室温条件下,将A1-25Si合金初晶Si平均尺寸由200μm细化至15μm左右时,拉伸强度由99MPa提高至152MPa,比未细化时提高53%,延伸率由0.65%提高至0.94%;同样地,摩擦磨损试验中合金在高载荷条件下磨损量也明显减少,合金的耐磨性得到提升。但硬度值仍与细化前几乎保持一致,其它几组过共晶Al-Si合金的硬度值也反映了类似的规律。这说明Al-Si合金的室温硬度与Si相形貌、尺寸及分布变化无关,主要取决于Si的体积分数。高温(35℃)条件下,初晶Si相的细化同样有利于合金拉伸性能和耐磨性的提高:拉伸强度由66MPa提高至69MPa,延伸率由0.4%提升至2.7%;摩擦系数变得更加稳定。(3)杂质Ca对P变质或细化的抑制作用机理与除Ca新工艺系统研究了 Ca和P元素在Al-Si熔体中的相互作用,分析了 Ca添加量对P变质Al-13Si合金组织形态的影响,揭示了 Al-Si-Ca-P合金系中Ca的存在形态,发现其主要以Ca3P2形式存在,其次为Al2Si2Ca。利用Ca与P亲和力极强这一特性,提出了一种除Ca新工艺,即通过加入A1-P中间合金与铝合金熔体中的Ca反应使之以富钙化合物的形式除去。该工艺简便、高效、环保,可使合金中的Ca含量降至1Oppm以下。