半固态铸造技术与传统液态压铸技术相比,具有充型平稳、无卷气、铸件致密无缩孔等优点,因此可以充分的将不适用于液态压铸领域的热处理制度应用于半固态成形件生产环节,进一步提高工业用铝合金件的综合力学性能。本研究以可热处理强化Al-Si-Cu-Mg系合金为实验材料,采用半固态高压铸造技术成形,针对材料热处理过程的组织转变、性能变化、热处理扩散型孔洞形成机理以及该系合金热处理强化机理进行了系统研究。主要成果如下:系统分析了半固态铸造亚共晶Al-Si-Cu-Mg系合金中相种类、形貌及分布特征通过TEM检测确认319S合金中存在的第二相种类包括块状Al₂Cu、弥散型Al₂Cu、针状β-AlFeSi、六边形Al₅Cu₂Mg₈Si₆以及蛇形Al₈Mg₃FeSi₂,而357合金中的第二相主要有Mg₂Si和Al₂Cu等。观测并研究了热处理过程中,357铝合金中共晶硅相发生的Ostwald熟化现象,统计分析了共晶硅的破碎、长大、球化阶段;实验发现温度越高和时间越长,硅颗粒的长大和球化现象越明显;高温段（540℃）和低温段（170℃）热处理均能促进硅颗粒熟化;本研究中,硅颗粒平均面积由4.0μm²最终长大到7.2μm²,增幅达80%。研究了以合金强度、延伸率和能耗为参考指标的热处理优化工艺。本研究中所用357合金性能可在下列范围内通过热处理进行调整,抗拉强度:220～359MPa;屈服强度:106～307MPa;延伸率:15.5～9.2%。通过对热处理参数的复合优化,可以在保证合金性能相近的情况下,最多节约能源64.8%。此外断口分析发现,在半固态成形件中,含C、O、Cl、S等元素的外来夹杂物是造成成形件延伸率不稳定的主要因素。研究发现半固态流变工艺制备的319S铝合金力学性能低于触变工艺制备的319S铝合金:前者分别是后者抗拉强度的91.2%,屈服强度的92.9%和伸长率的88.6%。仅通过热处理优化环节无法使二者性能达到一致,结合不同温度下的人工时效研究,进一步证明热处理的调整范围是有限度的,需要综合考虑多种强化机理才能从更大范围上提高材料的综合力学性能。采用原位对比实验方法系统研究319S合金中热处理过程中出现的尺寸约3μm的扩散型孔洞。通过研究发现,合金相熔点温度以下热处理形成的孔洞,迥异于传统的过烧热处理缺陷,而是受到固态原子非平衡互扩散过程的影响。通过将Fick扩散定律、LSW扩散定律以及二维Kirkendall效应有机结合,完整的解释了本研究中发现的在三维体系铝合金内部存在的低温保温条件下固态原子扩散型孔洞的形成机制、临界尺寸问题及有效的预防机制问题。在温度恒定条件下,随着固溶时间的延长,孔洞数量增多并逐渐达到平台值;在时间恒定条件下,随着固溶温度的提高,孔洞数量增加并最终趋于稳定。通过添加低温预固溶阶段可以有效减少最终热处理孔洞出现频率;控制液态金属凝固过程,降低铸态组织中第二相的尺寸,提高其分布密度也是减少孔洞的有效措施之一。热处理实验表明,半固态铸造Al-Si-Cu-Mg系合金中存在显著的自然时效强化现象。在T4热处理中,通过采用自然时效,可提高357铝合金硬度值达20%;在T6热处理中,通过控制自然时效时间,可以大幅度提高319S合金内部析出相的分布密度达40%。在Al-Si-Cu系合金的T6热处理制度中,应当添加并控制一定时长的自然时效停滞期,结合实际生产最少应添加10h以上,一般推荐以24小时为宜。采取多级时效热处理工艺,通过对温度和时间的合理制定,是改善Al-Si-Cu-Mg系合金综合力学性能理想方法之一。在研究固态金属材料硬度与抗拉强度之间的关系中,通过Van der Waals分子力场计算、有限元计算机模拟和实验验证的方法,从能量输入、形变产出的角度,以固态原子位移量作为研究指标,初步证明了固态金属本身硬度与强度之间的内在关联性。