A356合金是美国ASTMB686标准中的最具代表性亚共晶铝合金,具有高强度,良好的铸造性能;较低的缺陷敏感性,机械加工和焊接性能也较为优异,同时在大气环境下还有良好的耐蚀性,是综合性能最好的铝合金。21世纪初以来,由于气候变化和能源危机等关键问题,人们开始关注汽车的轻量化。铝合金具有高比强度、低密度和高比刚度,但是与广泛使用的钢铁材料相比,铝合金依然存在着强度、延伸率较低的问题。在金属材料中加入陶瓷颗粒的复合化技术和加入少量合金元素的微合金化技术可以有效提高铝合金的抗拉强度、硬度、延伸率等多种性能。因此,本课题提出将原位反应合成技术与微合金化技术相结合,制备高强度、高塑韧性的纳米γ-Al₂O₃颗粒增强A356铝基复合材料,探索原位γ-Al₂O₃颗粒和合金元素Co的协同作用对A356铝合金组织和力学性能演变规律的影响,研究不同热轧工艺参数和T4热处理对γ-Al₂O₃颗粒增强A356基复合材料的显微组织和力学性能的演化规律以及强韧化机制,取得了以下主要研究结论:铸态组织分析表明:反应生成的原位γ-Al₂O₃增强颗粒在铝基体中均匀分布,增强颗粒的尺寸为5¹00nm,平均尺寸为80nm,颗粒形貌多呈球形,颗粒和合金相与基体有良好的结合界面。另外,复合材料中共晶硅相的二次枝晶臂间距和最大长度随原位增强颗粒体积分数的增加而呈现先减小后增加的趋势。当颗粒含量为0.6vol.%时,材料的平均二次枝晶臂间距为13¹4μm,最大Si相长度为19μm。还原生成的Al₉Co₂相可以通过中和β-Al₅FeSi相而细化硅相。当纳米γ-Al₂O₃颗粒的含量达到0.8vol.%时,材料具有最细化的晶粒尺寸,此时γ-Al₂O_3p/A356复合材料晶粒的平均尺寸约为200μm。直接浇铸的复合材料内部存在大量气孔,使用真空处理后气孔几乎完全消除,同时熔体也可以得到净化。热轧态组织分析表明:热轧可以消除铸态复合材料中的孔洞等缺陷,第二相呈流线型沿着轧制方向分布,颗粒分布更加弥散,颗粒尺寸明显减小,经过450°C下83%变形率轧制后颗粒尺寸为50nm。此外,不同的轧制变形量和轧制温度对纳米γ-Al₂O_3p/A356复合材料的微观组织均有显著影响。力学性能分析表明:经过450°C下83%变形率轧制的0.6vol.%γ-Al₂O₃/A356复合材料具有最佳的力学性能。材料的抗拉强度达到了最大值,抗拉强度为175MPa,与变形前相比抗拉强度下降了20.45%,延伸率为9%,与变形前相比增加了111%。经过T4热处理后,基体合金和复合材料中的第二相部分溶解,剩余的第二相更均匀地分布在基体中,固溶进入铝基体中的Si、Co等元素可以有效地提高材料的强度,同时由于第二相的溶解,材料的延伸率也大幅度提高。铸态材料经过T4热处理后力学性能分析表明:与A356基体相比,复合材料的强度和延伸率均有很大的提升。当颗粒含量为0.6vol.%时,γ-Al₂O_3p/A356复合材料的抗拉强度、延伸率分别为277MPa、6.5%,与A356基体相比,T4热处理0.6vol.%γ-Al₂O_3p/A356复合材料分别增加了43.6%、85.7%。450°C下83%变形率轧制的0.6vol.%γ-Al₂O₃/A356复合材料经过T4热处理后具有最佳的力学性能。与铸态复合材料T4状态相比,力学性能从277MPa、6.5%提升到了282MPa、17%,分别提高了1.4%和161.5%。γ-Al₂O_3p/A356复合材料的强化机制分析表明:γ-Al₂O_3p/A356复合材料的强化机制是奥罗万强化和位错强化共同作用的结果;热轧提高复合材料的强韧性的作用机理是奥罗万强化和形变强化;热处理强化复合材料的强化机制是固溶强化和奥罗万强化。