铸造Al-Si合金具有流动性好、热膨胀系数低、导热率高、比强度高、耐磨、耐腐蚀等优点,广泛用于制造结构复杂的发动机活塞。众所周知活塞在服役过程中经受高温燃气的循环载荷作用,这就要求活塞铝合金必须具备优异的高温强度。随着发动机功率不断提高,活塞的工作温度越来越高,研究表明柴油机活塞燃烧室边缘最高温度能达到420℃,因此提高活塞铝合金的高温力学性能是保证发动机长期稳定服役的关键因素。基于以上问题本文选取最常用的活塞铝合金体系Al-Si-Cu-Mg-Ni为研究对象,通过高温拉伸探索了温度、应变速率对拉伸性能的影响,通过高周疲劳实验研究了裂纹萌生与扩展机制随温度的演变规律,并基于以上实验结果建立温度与抗拉强度、热暴露参数与硬度、缺陷尺寸与疲劳强度的定量关系。本文旨在深入探讨活塞铝合金高温拉伸和高周疲劳损伤机制,找到影响高温静态和动态力学性能的关键因素,为活塞铝合金性能优化提供具有一定价值的参考依据。本文的主要研究结果如下:1.研究了温度对拉伸性能及其损伤机制的影响。发现低于350℃时断裂方式为准解理,超过350℃时准解理与韧窝共存。室温～250℃时,基体强度较高而韧性较差,断裂发生在加工硬化阶段。超过300℃时,基体韧性较好,断裂发生在加工软化阶段。氧化膜在300℃以下时能显著引起抗拉强度下降,而高于这个温度时没有明显影响。抗拉强度随温度变化可分为三个阶段,即先缓慢下降,然后快速下降,最后又缓慢下降。两个缓慢下降阶段是由变形软化引起的,快速下降阶段是强化相消失和变形软化共同作用的结果。提出了一个抗拉强度随温度演变的经验公式。2.研究了热暴露对室温和高温拉伸性能及变形机制的影响。活塞铝合金室温HRB硬度随热暴露时间先快速下降,然后趋于平缓,200～350℃之间热暴露时硬度下降与析出相长大、分解有关,而425℃时硬度演变是析出相分解、固溶强化和自然时效共同作用的结果。以时效析出模型为基础建立了热暴露参数与强度和硬度的定量关系。通过原位拉伸确定了室温拉伸损伤和断裂机制,室温拉伸的损伤形式是第二相开裂,当损伤累积到一定程度会引起整体断裂。室温拉伸损伤和断裂机制不受热暴露状态影响。基于断裂机制提出了通过第二相体积分数和基体显微硬度预测室温强度的模型。热暴露引起高温性能演变的主要原因也是析出相长大或分解,它对高温屈服强度影响大于抗拉强度。3.明确了第二相和应变速率对拉伸性能的影响。当基体强度相同时影响活塞铝合金室温强度的最关键因素是第二相尺寸,第二相尺寸越小,强度越高;300℃强度受第二相总体积分数影响最大,体积分数越大强度越高;而350℃强度随共晶Si和金属间化合物网络的体积分数增加而增大;室温和高温延伸率都随第二相尺寸减小而增大。应变速率在0.0001～0.1 s-1之间时抗拉强度随其增加而增大;增加到1 s-1时,250和300℃强度急剧下降,350℃强度与0.1 s-1时相同。推导了活塞铝合金高温强度预测公式,它适用于预测250～425℃的抗拉强度。4.分析了高周疲劳性能和损伤机制随温度演变规律。室温和高温时疲劳裂纹总是优先从铸造缺陷萌生。室温时疲劳源位于表面,350和425℃时疲劳裂纹除了从表面还可以从内部萌生,疏松对疲劳性能的不利影响大于氧化膜。疲劳裂纹扩展机理受温度影响,室温时疲劳裂纹沿着基体和第二相扩展,没有选择性,350℃时疲劳裂纹倾向于沿基体扩展,425℃时疲劳裂纹更容易沿着晶界或相界扩展。基于短裂纹扩展经验公式和门槛值提出了通过缺陷尺寸和静态力学性能预测高温疲劳强度的模型,它能准确预测低于350℃时的疲劳强度,但不适用于更高温度。