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本文以ZA27合金为基体合金，通过添加不同量的Ti-Ni合金细化剂，以及在凝固时施加机械振动，制备出ZA27合金试验试样。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、光谱仪和光学显微镜分析(OM)等手段以及基本的力学性能测试法，研究经Ti-Ni合金和机械振动细化处理后，ZA27合金的力学性能、微观组织、生成相形态及分布，并分析了其细化机理。应用自约束型热疲劳实验机进行ZA27合金的热疲劳试验，研究机械振动和钛镍对ZA27合金热疲劳性能的影响。在热疲劳过程中，通过详尽的跟踪观察、记录、系统测定不同循环次数下不同合金试样的裂纹萌生位置及扩展路径，研究由于外界温度涨落在材料内部产生的热应力而造成的裂纹萌生及其扩展机制。在本试验研究条件下，得出以下主要结论:
1.采用Ti-Ni合金对ZA27合金进行细化处理，在合金的凝固过程中，首先生成TiAl3和NiAl3相，其可作为初生α相的异质晶核，促进形核，从而细化晶粒。同时，Ti、Ni可造成ZA27合金成分过冷，易产生偏析造成颈缩现象，使枝晶产生熔断、游离、增殖。合金的初生α相由通常条件下的粗大树枝晶变为均匀分布的细小的花瓣状枝晶，铸造缺陷也明显减少，合金的力学性能得到明显提高。随着Ti-Ni合金添加量的增加，ZA27合金的抗拉强度和伸长率先增大后减小，当Ti-Ni合金添加量为0.6％时，晶粒细化效果最佳，晶粒尺寸减小为130μm，其抗拉强度和伸长率均达到最大值，分别为439.26MPa和5.05％。
2.机械振动可以提高合金致密度，细化晶粒组织，减少二次枝晶臂间距，并使夹杂物细小且均匀分布，从而使ZA27合金的塑韧性大幅提高。单纯振动及单纯Ti-Ni合金都能明显细化晶粒，改善合金性能，而将这两种方法结合，效果会更好，合金抗拉强度和伸长率可分别达到451.37MPa和5.97％。
3.当Ti-Ni合金的添加量为0.6％时，ZA27合金的塑韧性最好，延缓了热疲劳裂纹的萌生与扩展，从而显著提高了合金的热疲劳性能。Ti-Ni合金及机械振动共同作用使ZA27合金热疲劳性能更好。合金热疲劳裂纹的扩展方式为混合扩展，裂纹在晶界处萌生并沿晶扩展，有穿晶扩展趋势的裂纹迅速止裂或穿晶扩展到一定程度后转变为沿晶扩展。
4.热疲劳试验中，上限温度的升高显著降低了ZA27合金的热疲劳寿命。温度对裂纹扩展速率也有重要影响，上限温度较低时，热疲劳裂纹扩展速率分为递增和递减两个阶段;上限温度较高时，扩展速率随裂纹长度的增加呈现逐步递减的趋势。