过共晶铝硅合金比重小、热膨胀系数低、耐磨性和体积稳定性好,是理想的活塞材料。本课题以汽车发动机用铝硅合金活塞为主,通过成分优化设计、复合添加合金元素、采用先进的P+RE复合变质处理工艺、T6热处理以及独特的铝活塞金属型铸造底冒口补缩工艺,使得过共晶铝合金活塞的微观组织和力学性能都达到一个很高的水平。最终研制开发出高性能、高热稳定性的铝硅合金活塞。本课题研究的重点如下:通过复合添加Ni、Mg、Cu等微量元素,并优化成分设计以及采用P+RE复合变质处理,改变了Al-Si合金的化学组成,有效地改善了合金的组织结构;采用先进的底冒口补缩工艺,减少活塞顶部缩松缩孔缺陷。实验结果表明,没有变质的过共晶铝硅合金中存在大量五星瓣状初生硅,硅的这种生长机制与冷却速度、外来异质核心有着密切的关系;P+RE复合变质对初晶硅和共晶硅均有很好的变质效果,五心瓣状初晶硅尺寸明显减小且棱角钝化,共晶硅由原来的长针状变为短杆状,微观组织得到明显的细化。经性能检测,合金成分的加入以及复合变质使得活塞的力学性能有很大的提高,特别是高温抗拉强度与体积稳定性,由于过剩相强化原理,高温抗拉强度在含硅量18%时达到了最大值;随着Si含量的增加,热膨胀系数逐渐减小,体积稳定性逐渐增加。最后运用ProCAST软件对底冒口补缩铸造成型工艺进行计算机模拟,模拟结果表明,传统的侧冒口补缩,无法消除活塞厚大顶部的缩松缩孔缺陷;先进的底冒口补缩工艺,使活塞具有致密的宏观组织结构,有效的提高了其耐高温等综合性能,消除了在销孔座或顶部易出现缩松的缺陷,提高工艺出品率,降低生产成本。模拟结果与之前的理论推导相一致。