铝-铁合金是一种兼顾耐热、耐腐蚀、抗氧化和耐磨损等性能的轻质结构材料,但其组织中存在的粗大的针状和棒状Al3Fe相会严重割裂基体,导致合金的力学性能特别是塑性变形能力降低,因而限制了其应用范围。目前多种技术手段如:多元合金化、快速凝固、粉末冶金和大塑性变形等被用于改善铝-铁合金的微观组织及性能,稀土改性技术的应用较少,也缺乏对稀土改性机理的深入研究。因此,本文针对Al-2wt.%Fe合金,采用轻重稀土（Ce和Er）变质,研究了稀土改性合金的结晶特性,分析了合金在结晶、均匀化退火以及塑性变形后的微结构演变及力学行为,深入探讨了稀土在该合金中的作用特点,对于阐明稀土改性铝-铁合金的机理以及促进稀土改性铝-铁合金的应用具有重要意义。通过对Al-2 wt.%Fe合金冷却曲线的分析发现,该合金的结晶过程为L→Al+Al3Fe,稀土元素的添加明显改变了合金的结晶特征值。添加富Ce混合稀土（0.1～0.7 wt.%）缩短了Al+Al3Fe共晶生长时间,但对Al+Al3Fe共晶开始形核温度影响较小。而随着Er添加量（0.1～0.7 wt.%）的增加,Al+Al3Fe共晶生长时间逐渐缩短,Al+Al3Fe共晶开始形核温度先升高后降低,当Er添加量为0.3 wt.%时,合金的共晶开始形核温度提高了约3℃。对二元合金系及三元合金系合金进行热力学计算可知,在熔炼温度820℃时,AlmCen和AlmErn相的形成焓低于Al3Fe相的形成焓,且均为负值,说明合金在液态时就存在着稳定的Al3Fe、AlmCen和AlmErn固体颗粒。两种稀土对Al-2 wt.%Fe合金结晶过程影响的差异在于:添加Er的合金形成的Al3Er固体颗粒可作为异质形核质点而增加α-Al的形核率,从而提高了合金Al+Al3Fe共晶开始形核温度。对稀土改性Al-2 wt.%Fe合金铸态组织的研究发现,稀土的添加能够有效地细化α-Al晶粒并减小Al3Fe片长度。富Ce混合稀土添加量为0.5 wt.%的合金α-Al平均晶粒尺寸和Al3Fe片的长度达到最小,比不添加稀土时分别减小54.6%和46%。此时,合金的抗拉强度和延伸率达到最高,与不添加稀土时相比分别提高了6.5%和23.5%。当富Ce稀土添加量增加到0.7 wt.%时,形成不均匀分布的Al+Al11Ce3共晶,恶化了稀土对α-Al晶粒的细化作用。添加0.5 wt.%Er的合金获得了更小的α-Al晶粒尺寸,其抗拉强度、延伸率和硬度为103.0MPa、23.4%和37.8HV,比不添加稀土时分别提高了12.8%、30.7%和17%。而Er添加量大于0.5 wt.%时,合金中形成分布不均匀的Al10Fe2Er相导致力学性能显著下降。分析了均匀化退火对两种稀土改性Al-2 wt.%Fe合金的影响,添加富Ce混合稀土合金中部分片状Al3Fe破断,而α-Al晶粒大小及相组成无明显变化。添加Er的合金晶界上分布的Al3Er部分溶入基体,同时在Al3Fe相周围形成了纳米级或微米级的Al10Fe2Er。Er添加量为0.7 wt.%和0.9 wt.%合金中的Al10Fe2Er尺寸比铸态时有所增加。均匀化退火后合金的强度、硬度下降,延伸率增加。添加量为0.5 wt.%的Er比富Ce混合稀土对合金性能的改善效果更好。研究了0.5 wt.%Er改性Al-2 wt.%Fe合金的热压缩变形行为。在变形温度为360～450℃、应变速率为0.01～10s-1条件下具有明显的稳态流变特征,表现出流变应力水平随变形温度的降低和变形速率的增大而提高的变化趋势,当温度高于420℃时应力降幅不明显。在低变形速率和高变形温度下,建立的本构方程和实验结果基本吻合。通过加工图获得的最佳加工工艺参数为:加工温度415～435℃,应变速率0.01～0.05s-1。探讨了合金在轧制变形后微结构的演变规律。冷轧变形量80%的Al-2 wt.%Fe合金中Al3Fe相长度比铸态下减小了约50%,添加0.5 wt.%Er的合金中Al3Fe分布更细小、更均匀。不同Er添加量的合金冷轧后晶粒主要取向分布在β取向线上的Brass、S和Copper取向,以及{115}<331>和{113}<332>取向,其中添加0.5 wt.%Er的Al-2wt.%Fe合金产生的各个织构组分体积分数均较低。冷轧状态下Er添加量为0.5 wt.%合金的抗拉强度、延伸率和硬度,比不添加Er时提高8.5%、36.5%和8.3%,抗拉强度和硬度比添加0.5 wt.%Er的铸态合金提高73.2%和28.5%,延伸率降低43.6%。分析了不同Er添加量冷轧合金在100℃及200℃时的力学性能,可知添加0.5 wt.%Er冷轧合金在两种温度下抗拉强度和弹性模量均为最高,Er添加量过多会形成大量的Al10Fe2Er而使Al3Fe和Al3Er减少,从而降低合金的高温拉伸性能。