SiCp/Al复合材料具有比强度和比刚度高、耐磨性好、热膨胀系数低等优点,广泛应用于交通运输、航空航天、及电器电子等领域。随着复合材料应用的不断扩展,大型复杂复合材料零件的需求逐渐增加。由于复合材料硬度和耐磨性较高,依靠机加工成型不仅加工难度大,而且成本很高,而搅拌铸造法易于实现近终成形,且成本较低,是制备大型复杂件的最有潜力的方法。但是搅拌铸造法面临颗粒分散困难,复合材料致密度低,流动充型困难等难题,限制了其应用。因此,深入研究SiCp/Al复合材料的搅拌铸造技术,实现大体积的复合材料制备和直接铸造成型,成为目前研究热点。本文首先设计了一种应用于大体积复合材料熔体搅拌的桨栅复合式搅拌器,然后进行了 SiCp/A357复合材料搅拌铸造工艺的研究,分析了 SiCp分布的均匀性和复合材料的致密度及性能。探讨了 SiCp加入对SiCp/A357复合材料半固态熔体表观粘度的影响。最后采用数值模拟和实验相结合的方法研究了 SiCp/A357复合材料流动时SiCp的分布规律和复合材料铸造时的流动充型行为。获得主要研究结果如下:(1)用计算流体力学(CFD)方法研究了用于大体积复合材料搅拌的搅拌器结构并对其进行了优化。发现单级搅拌器的的流场速度较低,搅拌作用范围有限。组合式搅拌器的搅拌速度和作用范围均增大。桨栅复合搅拌器能够较好地实现坩埚内熔体的循环和剪切。上级桨叶能够将坩埚表面的熔体引入到下级的栅格区实现大范围的剪切,有利于大体积复合材料的搅拌制备,最优的搅拌器结构为直径150mm,上下级间距40mm,距坩埚底部距离40mm。(2)利用颗粒预处理和搅拌工艺的优化成功制备出SiCp分布均匀、致密度高的SiCp/A357复合材料大铸锭。SiCp的预处理可去除亚微米级的SiCp,避免有害的界面反应。分别讨论了半固态加粉和搅拌工艺,发现在40%的高基体固相分数时加粉效率更高,在10%的低基体固相分数时搅拌可消除SiCp在基体晶界处的"项链状"偏聚,搅拌分散效果更佳。得出最优的搅拌工艺为搅拌温度610℃,搅拌转速800rpm,搅拌时间20min。确定出SiCp/A357复合材料的最佳T6热处理工艺为545℃固溶2h,175℃时效6h,与A357相比复合材料固溶和达到时效峰值的时间均缩短。SiCp的分布状态对复合材料的力学性能影响很大,颗粒团聚处易于出现微观孔洞,利于微裂纹的萌生和扩展,发生脆性断裂,SiCp的均匀分布可提高复合材料的断裂韧性。(3)分析了 SiCp对SiCp/A357复合材料半固态表观粘度影响机理,发现当基体固相分数相同时,10vol.%、15vol.%、20vol.%SiCp的添加使得总固相分数增加,复合材料表观粘度较A357增大,且随着SiCp体分的增加复合材料表观粘度增大。而当将SiCp体分计算在内,复合材料的总固相分数相同时,由于复合材料中基体初生α-Al减少,复合材料的表观粘度低于A357合金,SiCp的加入能够阻碍基体中初生α-Al的团聚,改善微观组织形貌。(4)用数值模拟和实验研究相结合的方法分析了 SiCp/A357复合材料螺旋试样流动时的两相流和铸造成形。结果表明在流动长度方向上SiCp的体积分数先升高后下降,流动前端的体分最低。在重力方向上SiCp呈现梯度分布。同样温度下SiCp/A357复合材料的流动性要弱于其A357合金,半固态铸造时复合材料的流动长度低于液态铸造时,但颗粒分布的均匀性高于液态铸造。提高模具温度和浇铸温度可获得更长的流动长度,有利于铸造成形。