铝合金由于其具有质轻、比强度高等优点广泛用于汽车和航空航天等领域,也是目前应用最广的轻量化材料。铝合金的微观组织构型对于最终力学性能表现有着重要影响,但是目前主要的孕育剂或者变质剂仅能对部分组织产生影响,譬如,Al-Ti-B孕育剂和部分稀土元素仅能影响α-Al,P仅能影响初生Si颗粒,Sr和Sb仅能影响共晶Si组织,析出相形貌和尺寸调控则往往只能通过调整热处理工艺来实现。因此,探究一种可靠的组织调控剂来全面的调控铝合金初生相、共晶相以及热处理后析出相从而获得优质的组织构型是十分必要且有意义的。合金的凝固过程直接影响凝固组织、合金元素分布以及热处理后的析出相,对于潜在调控剂对凝固行为影响的理解和研究是合金组织细化和性能强化的基础。因此,建立凝固行为与凝固组织及力学性能之间的联系将是本文的研究重点。本文系统研究了Fe-B-Si非晶合金原位晶化形成的纳米晶对亚、过共晶Al-Si合金凝固行为及铸态组织的影响规律,建立了凝固行为与凝固组织的联系,揭示了原位纳米晶对Al-Si合金组织的调控机制。同时研究了原位纳米晶对Al-（Si）-Cu合金和Al-（Si）-Mg合金的凝固行为、铸态组织、晶间偏析及力学性能的影响规律,并揭示了原位纳米晶调控Al-Mg合金的组织调控机制和力学性能强化机制,为工业生产高强度铝合金提供重要实验依据和理论基础。本文的主要研究结果如下:1.揭示出原位微量纳米晶对铝合金凝固行为的影响。添加纳米晶提高了α-Al形核温度,Al-Si共晶反应温度、Al2Cu和Mg2Si形核温度;2.揭示出原位微量纳米晶对铝合金组织构型的影响。添加纳米晶显著细化了α-Al和Al-Si共晶组织,改善了Cu、Mg元素的晶间偏析并使得Al2Cu相Mg2Si相分布更加均匀,热处理后的θ’析出相和Mg2Si析出相也得到明显细化。3.揭示出原位微量纳米晶铝合金组织构型的调控机制:a)α-Al枝晶调控机制:纳米晶化相Fe2B与α-Al晶格匹配较好,可作为α-Al的异质形核核心,促进α-Al形核,更多异质核心使α-Al长大空间减小,晶粒长大受到了相邻细小晶粒的限制和未参与形核纳米晶化相的阻碍,α-Al晶粒细化;b)共晶硅调控机制:纳米晶化相Fe3Si和Fe2B可以作为共晶Si的异质形核核心促进了Al-Si共晶反应。Al-Si共晶组织的长大过程受到了更加细小的相邻晶粒的限制及未参与形核纳米晶化相的阻碍,共晶组织细化;c)析出相调控机制:纳米晶化相促进了Al2Cu相和Mg2Si相的形成,长大过程受到了更加细小的相邻晶粒的限制以及未参与形核的纳米晶化相的阻碍,Al2Cu相和Mg2Si相沿着晶界分布更加均匀,有利于固溶时在α-Al晶内元素均匀分布,后续时效时第二相更细小、弥散的析出。4.揭示出原位微量纳米晶显著强化了Al-（Si）-Cu和Al-（Si）-Mg合金,并揭示了其强韧化机制:a)纳米晶调控后显著强化了Al-Cu4、Al-Si7-Cu4、Al-Mg1和Al-Si7-Mg1合金。Al-Cu4合金的屈服强度、抗拉强度、断裂应变和强塑积分别提高了31.0%、24.7%、9.4%和33.2%;Al-Si7-Cu4合金的屈服强度、抗拉强度、断裂应变和强塑积分别提高了27.4%、24.7%、65.7%和130.0%;Al-Mg1合金的屈服强度、抗拉强度、断裂应变和强塑积分别提高了12.3%、5.7%、24.7%和32.1%;Al-Si7-Mg1合金的屈服强度、抗拉强度、断裂应变和强塑积分别提高了16.2%、14.2%、85.0%和131.2%;b)原位微量纳米晶调控Al-（Si）-Cu和Al-（Si）-Mg合金力学性能强韧化机制:i.强化机制:细晶强化和析出强化;ii.韧化机制:细晶组织晶粒协调变形和细小共晶Si减轻应力集中。