当前,各国政府对汽车制造业提出了轻量化、降低汽车能耗、减少污染、提高燃料经济性的要求。A356铝合金因其质量轻、价格适中、比强度高等优点被广泛用于制造汽车传动装置、发动机、轮毂和车身结构件等以实现节能减排目标。但是,近来发现发动机内部众多铝制零部件,如缸体、缸盖、活塞等,在发动机的启动和停止过程由于受到较高的热应力应变冲击发生热疲劳破坏,严重影响其使用寿命并存在较大的安全隐患。如何提高铝合金的热疲劳性能,拓展其在除汽车行业以外其他高温变温领域的应用,成为迫在眉睫的重要难题。为此,本文以A356铝合金为基体材料,采用复合细化变质、微合金化和T6热处理制备出试验所需5种试样:铸态、复合细化变质态、复合细化变质+T6热处理态、复合细化变质+微合金化态、复合细化变质+微合金化+T6热处理态。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和光学显微镜分析(OM)、力学性能测试等手段,研究不同工艺对A356合金的力学性能、微观组织特征相的形态及分布,分析其变化规律和作用机理。利用自约束型热疲劳实验机研究不同工艺制备的合金在不同温度幅下的热疲劳性能,分析热疲劳裂纹生长行为及机理。在本试验条件下,得出以下主要结论:1、与铸态A356合金相比,复合细化变质、微合金化和T6热处理三种工艺均能提高A356合金的力学性能。其中,A356合金经复合细化变质+微合金化+T6热处理复合工艺后,力学性能提高最为显著。抗拉强度达345MPa,延伸率达12.3%,布氏硬度为118HB。2、与铸态A356合金相比,复合细化变质、微合金化和T6热处理三种工艺均能改善A356合金的热疲劳性能。复合细化变质+微合金化+T6热处理态的A356合金的力学性能、成分均匀性及其微观组织均匀性最好,该工艺可以制备热疲劳性能最佳的A356合金。另外,随热疲劳实验中上限温度的升高,合金的热疲劳寿命会显著减少,建议合金应用领域温度不超过400℃。3、5种工艺制备的A356合金裂纹萌生过程相似,即微型凹坑→微观氧化层内产生微坑→微坑长大、数量变多→微裂纹→裂纹源,主要原因是基体与第二相之间的膨胀系数不同,在氧化作用的协同作用下促进裂纹源的形成。扩展初期,裂纹生长方式以沿晶为主;扩展后期,裂纹生长方式以沿晶与穿晶混合为主。裂纹扩展方式可以用塑性钝化模型来解释。4、5种工艺制备的A356合金的热疲劳裂纹生长速率呈先增大后减小的趋势,扩展速率取决于裂纹前端应力场的应力强度因子。在裂纹扩展期间,没有脱离基体的第二相颗粒如Al2Cu相以及形成二次裂纹、裂纹分叉均能起到降低扩展速率的作用。5、受Si相形貌和分布影响,裂纹扩展主要有两种方式:“穿过”机制和"绕过”机制。在冷热循环初期,氧化腐蚀生成的氧化膜能够保护基体。随冷热循环次数的增加,氧化膜不断遭到破坏,氧化腐蚀产生的附加应力和循环交变应力相互叠加,加快裂纹生长。