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铸造Al-Si合金具有优异的耐腐蚀性能、良好的铸造性能、耐摩擦磨损性能、高比强度、热膨胀系数低、密度小等特性在汽车行业中得到了广泛的应用。近年来,随着汽车工业的发展对发动机功率提出了更高的要求,高功率发动机意味着活塞需要承受更高的工作温度和应力,现役Al-Si-Cu-Ni-Mg铸造耐热铝合金近乎达到使用瓶颈,因而开发可以在更高温度和应力下服役的新型耐热铝合金已迫在眉睫。本文以Al-12Si-3.8Cu-2Ni-0.8Mg（wt.%）铸造铝合金为基础,研究了合金的相组成及其在高温下的热稳定性,筛选出可以在高温下稳定存在的强化相,探究了合金在不同温度下拉伸性能演化规律以及蠕变行为。采用微机数据采集系统、光学显微镜、电感耦合等离子直读光谱仪、金相定量分析软件、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段,通过微观硬度、室温和高温瞬时拉伸性能、压缩/拉伸蠕变性能等试验,研究了组织细化和金属间化合物强化对铸造Al-Si-Cu-Ni-Mg合金性能的影响规律。热暴露对铸造Al-12Si-3.8Cu-2Ni-0.8Mg合金的组织与性能的影响规律:通过组织分析确定了合金室温下的强化相包括初生Si与共晶Si、δ-Al3Cu Ni、γ-Al7Cu4Ni、Q-Al5Cu2Mg8Si6、Ti2Al20Ce和Al Si Fe Ni Cu相。合金在150°C下的蠕变应力指数为1.16,在250°C下的蠕变应力指数为1.65、蠕变激活能为83.1k J/mol,因而可以认为铸态Al-12Si-3.8Cu-2Ni-0.8Mg合金在低温低应力下（T≤250°C;ζ≤40 MPa）的主要蠕变机制为晶界蠕变。合金在350°C的蠕变应力指数为5.78、蠕变激活能为240.9 k J/mol,在425°C的蠕变应力指数为4.98,因而可以认为铸态Al-12Si-3.8Cu-2Ni-0.8Mg合金在高温低应力下（T≥250°C;ζ≤40 MPa）的主要蠕变机制为位错攀移。经250°C热暴露200 h后,合金的蠕变应力指数与铸态相同,表明250°C热暴露前后合金的主要蠕变机制并未发生改变。组织细化对铸造Al-12Si-3.8Cu-2Ni-0.8Mg合金性能的影响:对同一炉铸造Al-12Si-3.5Cu-2Ni-0.8Mg合金分别采用重力铸造与高压铸造工艺获得组织完全不同的两种合金。与重力铸造相比,压铸合金的组织明显细化。压铸合金的室温抗拉强度为310 MPa,远高于重力铸造合金的244 MPa,受压铸孔洞的影响,压铸合金的延伸率仅为0.35%,低于重力铸造合金的0.69%。压铸合金350°C高温拉伸的抗拉强度为135 MPa、延伸率为5.6%,均高于重力铸造合金的101 MPa和4.3%。在低温低应力区,压铸合金的最小蠕变速率高于重力铸造合金,合金的主要蠕变机制均为晶界蠕变;在高温高应力区,压铸合金最小蠕变速率均低于重力铸造合金,重力铸造合金的主要蠕变机制为位错攀移,压铸合金的主要蠕变机制为位错滑移。经350°C热暴露200 h后,压铸合金的共晶硅明显粗化,导致重力铸造合金与高压铸造合金350°C高温拉伸的抗拉强度相差甚微,分别为68MPa和67 MPa。压铸合金的最小蠕变速率均高于重力铸造合金,主要蠕变机制未发生改变。因此,组织细化有利于提高铸态合金高温高应力下的抗蠕变性能,但共晶硅粗化导致压铸工艺不利于高温蠕变性能。金属间化合物对铸造Al-Si-Cu-Ni-Mg合金组织与性能的影响:金属间化合物有些分布在α-Al内如Q-Al5Cu2Mg8Si6相,有些分布在α-Al的枝晶间如ε-Al3Ni相和δ-Al3Cu Ni相,分布状态的差异必然导致其对合金性能的影响规律不同。（1）随着主要分布在α-Al内Q-Al5Cu2Mg8Si6相的质量百分数由3.2%增加到6.4%,合金的室温抗拉强度由213 MPa增至275 MPa;合金250°C高温抗拉强度由156MPa提高至200 MPa,表明弥散分布在α-Al内的Q-Al5Cu2Mg8Si6相可以显著提高合金在低温下的拉伸强度。Q-Al5Cu2Mg8Si6相对合金350°C拉伸性能的提升已不明显,因而Q-Al5Cu2Mg8Si6相高温强化应用范围应低于350°C。随着Q-Al5Cu2Mg8Si6相的含量由3.2 wt%增加到6.4 wt%,合金在250°C的蠕变应力指数n在4.50附近波动,蠕变激活能Q稳定在218～226 k J/mol之间,因而合金的主要蠕变机制为位错攀移。（2）随着ε-Al3Ni相体积分数由1%增至8%,合金的室温抗拉强度由179 MPa增加至208 MPa,延伸率由0.74%下降至0.52%,250°C高温拉伸呈现出相似的规律:随着ε-Al3Ni相体积分数的增加抗拉强度呈上升的趋势,延伸率呈下降的趋势。同时,合金的最小蠕变速率呈明显降低的趋势,表明ε-Al3Ni相可以有效的提高合金的抗高温蠕变性能。ε-Al3Ni相体积分数为1%时,合金的蠕变应力指数为3.03,蠕变激活能为100.47 k J/mol,因而主要蠕变机制为位错滑移。当ε-Al3Ni相体积分数为4%和8%时,合金的蠕变应力指数分别为1.69和1.52,激活能分别为68.64 k J/mol和71.28 k J/mol,因而主要蠕变机制为晶界蠕变。随着ε-Al3Ni相体积分数的增加,在蠕变过程中ε-Al3Ni相载荷增加,α-Al载荷下降,因而合金的抗蠕变性能明显提高,主要蠕变机制由位错蠕变转为晶界蠕变。（3）Al-Si-Cu-Ni-Mg合金中δ-Al3Cu Ni相的形貌分为板条状和由众多细小短棒团聚构成的鱼骨状,经350°C热暴露200 h后,部分鱼骨状δ-Al3Cu Ni相的由铸造态细小的短棒状变为球状。EDS和XRD分析表明在350°C热暴露过程中细小短棒状δ-Al3Cu Ni转变为球状γ-Al7Cu4Ni。随着δ-Al3Cu Ni相体积分数由2.4%增加至7.4%,合金的室温抗拉强度由159 MPa提升到185 MPa,延伸率由1.81%降低至1.44%;350°C的高温拉伸抗拉强度由49.2 MPa增加至62.7 MPa,相应的延伸率由5.5%下降至4.7%,充分证明了δ-Al3Cu Ni相可以有效地提高合金的高温性能。在相同的蠕变条件下,随着δ-Al3Cu Ni相体积分数由2.4%增加至7.4%,材料的最小蠕变速率几乎呈数量级的下降,蠕变应力门槛值由11.8 MPa增加至14.7 MPa,进一步证明了δ-Al3Cu Ni相可以非常有效地提高Al-Si-Cu-Ni-Mg合金的高温性能,尤其是抗蠕变性能。