随着汽车工业的发展与制造技术的提升,人们对汽车发动机综合能力的要求越来越高。发动机作为汽车中最重要的动力机构,承担的压力也随之提高。发动机是汽车最重要的动力机构,为了满足更高速、更快捷、更稳定的要求,发动机转速正不断地升高。转速的提升对发动机活塞带来前所未有的挑战与考验。发动机活塞的工作环境非常苛刻,其在工作中一直承受高温与机械循环载荷的耦合作用。此外,活塞未工作时,外部环境对其同样有较大的影响,特别是在寒冷的冬季,长时间驻车会使活塞长时间处于低温环境。活塞材料在高低温环境下的力学性能直接影响发动机的可靠性和安全性,因此如何构建接近活塞材料服役工况的高低温服役环境并研究获得其力学性能具有重要的科学意义和应用价值。为重构活塞材料的服役工况,本文设计研制了一个高低温环境加载系统。从外壳、加热单元、制冷单元等多方面完成了系统腔结构设计,并结合热力学理论计算及Ansys Workbench温度场仿真分析,对高低温环境腔结构进行了优化和改进;研究了环境腔的温度控制策略,设计并实现了高低温环境腔的温度闭环控制,完成了整个系统的功能验证与标定校准,实现了-55℃～1100℃温度加载,温控精度达到±5℃。为研究活塞材料在高低温环境下的力学性能变化规律,本文选择典型活塞材料ZL109硅铝合金为研究对象,获得了其在高温和低温下的拉伸及疲劳性能。结合扫描电镜对断口的观测,结果发现高温拉伸作用下ZL109的断裂主要为韧性断裂,随着温度升高,ZL109的抗拉强度逐渐减低,伸长率先增加后减小;低温条件下ZL109的断裂主要为准解理断裂,随着温度降低ZL109的抗拉强度有所升高,伸长率有所减小;高低温-疲劳作用下ZL109的疲劳断裂机制由准解理断裂向微孔聚集断裂转变,疲劳强度整体趋势为随着温度升高而下降。