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随着能源、环境和安全问题的日益严峻,材料轻量化成为交通运输、航空航天等行业发展的新方向,而铸造Al-Si合金因其低密度、比强度高、耐磨性和耐腐蚀性良好等优点成为材料轻量化发展方向的优选材料。然而,铸造Al-Si合金微观组织由发达的α-Al枝晶和粗大的Si相组成。合金中粗大的初生Si和共晶Si分布于基体上会破坏基体的连续性,并且存在的尖端和棱角在载荷作用下容易引起应力集中,使得合金的力学性能降低。为了提高铸造Al-Si合金的力学性能,化学变质是细化α-Al和变质Si相的有效方法。因此,本文进行了合金元素对Al-Si合金微观组织、力学性能和摩擦性能的影响研究,为Al-Si合金的工业化应用提供科学依据和理论指导。本文以过共晶Al-20Si合金中初生Si和共晶Si以及亚共晶Al-7Si合金中α-Al枝晶和共晶Si为研究对象,采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和差示扫描量热分析仪研究Al-Fe和Al-20Si-2.5Fe-2Mn中间合金对过共晶Al-20Si合金中初生Si和共晶Si的形貌及尺寸的影响;研究Al-20Si-2.5Fe-2Mn/Y对亚共晶Al-7Si合金α-Al枝晶和共晶Si的形貌及尺寸的影响,分析Al-Si合金微观组织演变与力学性能之间的关系,探究Fe、Mn和Y元素对Si相的作用机制,得出以下主要结论:（1）Fe的添加对Al-20Si合金中初生Si有显著的变质效果。初生Si的形貌由粗大的不规则块和五瓣星状转变为细小规则的块状。当Fe含量增加到2.5%时,初生Si的平均尺寸从87μm减小到21μm,减小了75.8%。Fe也能够有效地变质Al-20Si合金中共晶Si,其形貌由粗大的片状和针状转变为细小颗粒状和短棒状。随着Fe含量增加到1.5%,Al-20Si合金的抗拉强度和延伸率首先增加,抗拉强度和延伸率分别为175MPa和1.84%;然而,随着Fe含量从1.5%增加到2.5%,抗拉强度和延伸率降低。随着Fe含量的增加,Al-20Si合金的摩擦系数是先减小后增大的发展趋势,而磨损率随着Fe含量的增加,由2.65×10-5g/m降低到1.41×10-5g/m,降低了46.8%,硬度值由76.0HB提高到94.6HB,提高了24.5%。（2）Al-20Si-2.5Fe-2Mn的添加显著地改善了Al-20Si合金中初生Si和共晶Si相的尺寸和形貌。随着Al-20Si-2.5Fe-2Mn含量的增加,初生Si的形貌由粗大的不规则块状和五瓣星状转变为细小的规则块状,而且初生Si的平均尺寸从90μm减小到35μm,降低了61.1%。共晶Si的形貌也由粗大的片状和针状转变为细小的纤维状和粒状组织。随着Al-20Si-2.5Fe-2Mn的含量增加到6%,Al-20Si合金的抗拉强度从130MPa增加到175MPa,增加了34.6%,并且延伸率从0.85%增加到1.24%,提高了45.8%。随着Al-20Si-2.5Fe-2Mn含量的增加,Al-20Si合金的断裂模式从脆性断裂逐渐转变为韧性-脆性断裂。（3）Al-20Si-2.5Fe-2Mn和稀土Y复合变质Al-7Si合金,可以有效地细化初生α-Al枝晶和变质共晶Si相,Al-7Si合金中初生α-Al的平均晶粒尺寸从483μm减小到51μm,降低了89.5%,并且其二次枝晶间臂从27μm减小到14μm,减小了48.1%。另外,Al-7Si合金中共晶Si的形貌从粗大的针状和片状转变为细小纤维状和粒状。与未经变质的Al-7Si合金相比,经过7%Al-20Si-2.5Fe-2Mn和0.2%Y复合变质的Al-7Si合金抗拉强度从162MPa增加至216 MPa,提高了33.3%;延伸率从6.2%增加至9.1%,提高了46.7%,而且Q指数值从280.9MPa增加到359.9MPa,增加了28%。另外,在Al-20Si-2.5Fe-2Mn和稀土Y复合添加的情况下,Al-7Si合金的拉伸断口形貌呈典型的韧性断裂特征。