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A356合金是一种亚共晶Al-Si-Mg系合金,因其具有铸造性能良好,综合力学性能优异和耐腐蚀性好等优点,目前已被广泛应用在汽车工业领域。但A356合金的力学性能受到粗大的初生α-Al枝晶和针状共晶Si的限制。在铝合金熔炼过程中添加晶粒细化剂是提高其性能的一种好方法。常用晶粒细化剂是Al-5Ti-B中间合金。但对于A356合金,由于其Si含量超过3wt.%,导致Al-5Ti-B对该合金的晶粒细化效果明显减弱。因此,迫切需要开发适用于A356合金的晶粒细化剂。本文选用工业纯铝和VN粉末作为原料,采用机械搅拌和高能超声处理相结合的方法制备新型细化剂Al-3wt.%VN中间合金。通过研究Al-3wt.%VN中间合金的显微组织优化其制备工艺,分析Al-3wt.%VN对A356合金的细化效果及细化机理,探索不同冷却速率对细化前后A356合金显微组织的影响,并通过比较试验考察自制细化剂Al-3wt.%VN与传统细化剂Al-5Ti-B的细化效果,证实了新型细化剂有良好的细化效果。借助机械搅拌将预热处理的VN颗粒顺利加入铝熔体中,搅拌时间为4min时颗粒在熔体中分散均匀,但凝固组织气孔多;再将混合浆料辅以高能超声处理4min,使颗粒在熔体中进一步分散,并消除气孔,从而成功制备了组织均匀且气孔率低的Al-3wt.%VN中间合金,该中间合金主要由α-Al和VN相组成。Al-3wt.%VN中间合金能有效细化A356合金。当添加量为1.0wt.%,保温时间为15min时,α-Al晶粒尺寸从1060±230μm减小到350±95μm。且增加添加量不会提高细化效果。添加1.0wt.%Al-3wt.%VN的A356合金,在保温5min后可达到良好的晶粒细化效果。但保温时间超过30min后,细化效果明显衰退,保温60min的α-Al晶粒尺寸达到455±98μm。Al-3wt.%VN中间合金能够有效细化α-Al晶粒是由于VN颗粒可稳定存在铝基体中,且可作为α-Al的异质形核核心。与未细化的A356合金相似,添加Al-3wt.%VN中间合金细化后,A356合金的α-Al晶粒尺寸以及共晶Si尺寸都随冷却速率的增大而减小。并且冷却速率越高,共晶Si相体积分数越高。另外,随着冷却速率的变化,相比未细化的A356合金,经Al-3wt.%VN细化的α-Al晶粒尺寸的变化幅度更小。在A356合金中加入0.1wt.%Al-10wt.%Sr,可获得良好的变质效果。在A356合金中,Sr元素和VN颗粒不会相互反应,联合添加1.0wt.%的Al-3wt.%VN和0.1wt.%的Al-10wt.%Sr后,可同时获得晶粒尺寸为300±85μm的α-Al晶粒和均匀分布在α-Al晶界处的细小颗粒状或纤维状的共晶Si。不管添加量是0.5wt.%还是1.0wt.%,Al-3wt.%VN对A356合金的晶粒细化效果都优于Al-5Ti-B。其中,当添加量为1.0wt.%时,经Al-3wt.%VN细化的α-Al晶粒尺寸为300±85μm,而Al-5Ti-B细化的α-Al晶粒尺寸为400±89μm。经T6热处理后,未细化的、经不同中间合金细化处理的A356合金中的共晶Si相都发生了钝化或球化。由于细晶强化,A356合金的强度和塑性均有所提高。不管是铸态还是T6态,经Al-3wt.%VN细化处理的A356合金的力学性能都高于经Al-5Ti-B细化处理的。另外,经T6热处理后,由于奥罗万强化,A356合金的综合力学性能提高。T6态下经1.0wt.%Al-3wt.%VN细化处理的A356合金的屈服强度、极限抗拉强度和延伸率分别为125±3MPa、250±4MPa和9.0±0.2%,相比铸态力学性能,分别提高了17.9%、14.2%和25%。