高功率密度柴油机因其具有高爆压、高功率、轻重量、小体积等优点而日益引起国际内燃机学术界和产业界的重视,已成为近二十年来先进柴油机发展的主流和发展趋势。但是,与普通柴油机相比,高功率柴油机的服役工况十分严酷,对其主要部件所用材料的力学与热物理性能和成型性具有很高要求。气缸盖是该类柴油机燃烧室的最关键部件之一,服役期间承受很高的热力耦合交变载荷和高速循环冲击载荷,传统铝合金和铸铁合金已不能满足要求。因此,研究开发具有低密度、高强度及耐热特性的新型气缸盖合金对于高功率柴油机的发展具有重要意义。本研究以低密度高强耐热Fe-Mn-Al系合金为对象,采用真空电弧熔炼的方法制备Fe-xMn-yAl-8Ni-C合金(各成分均为质量百分含量),研究不同Mn、Al含量对合金组织和性能的影响规律。通过XRD、SEM、EDS、TEM等仪器分别对材料的物相、微观组织、物理及力学性能进行了测试及分析。得出以下结果和结论:Fe-xMn-14Al-8Ni-C合金中主要含有奥氏体相、NiAl金属间化合物和k碳化物相。随着Mn含量的增加,奥氏体含量增加,NiAl化合物含量减少,同时奥氏体与NiAl化合物界面处及奥氏体内部析出k碳化物相含量均增加。随着Mn含量的增加,合金密度和洛氏硬度值均逐渐降低,在Mn含量为25%时,密度达到较小值6.41 g/cm3,硬度达到较小值43.44 HRC。合金压缩率和压缩强度均随Mn含量的增加逐渐增加,当Mn含量为25%时,合金压缩率达到较大值42.9%,压缩强度达到较大值2921.6 MPa。在Fe-25Mn-xAl-8Ni-C合金中,当Al含量由5%增加至18%时,合金中奥氏体含量逐渐减少,NiAl金属间化合物含量逐渐增加;当Al含量为14%时,在奥氏体与NiAl相界面处及奥氏体内部均有k碳化物相析出。物理及力学性能表明,随着Al含量逐渐增加,合金密度值降低,硬度值增加,在Al含量为18%时,密度达到较小值6.26 g/cm3,硬度达到较大值44.06 HRC,合金压缩屈服强度随着Al含量的增加而增加,在Al含量为18%时,合金屈服强度达到较大值1144.4 MPa。当Al含量分别为(10%、11%、12%、13%)时,在原位拉伸过程中,奥氏体先发生变形,使裂纹主要萌生于奥氏体与NiAl化合物界面处,并且沿界面扩展,最终导致合金断裂。氧化性能结果表明,当Al含量一定时,随着Mn含量的增多合金抗氧化性能增强,当Mn含量为25%时,Al含量为14%的合金抗氧化性比Al含量为9%的合金抗氧化性提高了 59.7%。通过氧化截面观察到氧化后由于热应力及热膨胀系数的不同导致氧化膜分为两层,外层氧化物为Fe2O3和少量Mn2O3,内层氧化物主要为Al2O3、Mn2O3和NiO。