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Al-Si合金由于其具有高比强度、高耐磨和耐蚀性以及低热膨胀系数,其铸件及变形材广泛应用于发动机、车辆工业、航空航天等领域。通过微合金化原位自身析出多级尺度合金相粒子以提高该系合金的静强度、塑性、韧性和疲劳性能是进一步推广Al-Si合金变形材研究的热点。因此揭示纳米级、亚微米级和微米级合金相粒子协同作用对Al-Si合金变形材静态和动态断裂行为具有重要的科学意义和实际工程应用价值。本文针对Al-5Si合金,借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验、疲劳试验等实验方法,通过Mg合金化析出纳米级Mg2Si粒子,系统研究了 Mg含量对欠时效态及峰时效态Al-5Si合金板材显微组织、力学性能和断裂行为的影响,优化出与微米级Si颗粒合理匹配的最佳Mg含量。基此,进一步通过Mn合金化析出亚微米级弥散相粒子,系统研究了 Mn含量对欠时效态及峰时效态Al-5Si-0.8Mg合金板材显微组织、力学性能和断裂行为的影响规律,最终优化出能使Al-5Si合金板材具有最佳静态和动态力学性能的最佳Mg含量和最佳Mn含量,并进一步揭示了纳米级Mg2Si颗粒、亚微米含Mn弥散相粒子、微米级Si颗粒多级尺度粒子复合强韧化Al-5Si合金板材静态及动态断裂行为,主要研究结论如下:（1）添加Mg、Mn均可以细化Al-5Si合金铸锭共晶组织,同时添加Mg可以使铸锭晶粒尺寸从406 μm细化至约286μm,随着Mg含量继续从0.33%增加到1.42%,合金铸锭晶粒尺寸无明显变化,但在Mg含量为0.8%的基础上添加Mn及随着Mn的增加,可以粗化铸态晶粒组织,使铸态晶粒尺寸由288 μm增大至448 μm。添加Mg使Al-5Si合金铸锭中的AlFeSi相转变为AlFeMgSi相,在含有Mg的基础上添加Mn,可以使合金铸锭中针棒状的AlFeMgSi相转变为针棒状AlFeMnSi相,当Mn含量达到0.72%时,合金铸锭中出现尺寸约为20 μm的鱼骨状AlFeMnSi相,当Mn含量超过1.09%时,合金铸锭通过L+Al6Mn→α-Al+Al9（FeMn）4Si3反应形成尺寸约为50 μm的块状Al9（FeMn）4Si3。（2）添加Mg及随着Mg含量增加,人工时效处理后的Al-5Si-（0.01-1.42）Mg合金板材中析出相粒子Mg2Si的数量增多。合金板材经540℃×1h水淬再于170℃人工时效处理后,其强度均随Mg含量增加呈现出先迅速增大至峰值后略有降低的趋势,延伸率呈现出先迅速降低然后几乎不变的趋势。170℃时效1h时,Al-5.53Si-1.10Mg合金板材的综合性能最好,其屈服强度、抗拉强度和硬度分别为173 MPa、266 MPa和92 HV,比不含Mg的Al-5.57Si合金板材的屈服强度和抗拉强度均提高了 122 MPa,硬度提高了 49 HV,而延伸率则从 28.4%降低至 20.0%;170℃时效 10 h 时,Al-5.56Si-0.78Mg合金板材的综合性能最好,其屈服强度、抗拉强度和硬度分别为285 MPa、320 MPa和112 HV,比不含Mg的Al-5.57Si合金板材的屈服强度、抗拉强度和硬度分别提高了 230 MPa、175 MPa和69 HV,而延伸率则从27.9%降低至11.9%。（3）合金板材经540℃×1 h水淬再于170℃人工时效处理后,其疲劳性能均随Mg含量增加呈现出先增大后降低的趋势。170℃时效1h和10 h时,Al-5Si-0.78Mg合金板材产生的纳米级Mg2Si颗粒的数量与Al-5Si中微米级的Si颗粒的数量最匹配,具有较好的疲劳性能,分别在150 MPa和175 MPa、R=0条件下平均疲劳寿命最高,分别为1.05×106次和1.08×106次,远高于不含Mg的Al-5.57Si合金板材相同条件下的平均疲劳寿命,其平均寿命分别为7.80×104次和4.60×104次。（4）优化出Al-5Si-（0.01-1.42）Mg合金的最佳Mg含量为0.8%,在此基础上添加Mn,随着Mn含量的增加,Al-5Si-0.8Mg-（0.01-1.97）Mn合金板材经540℃×1 h水淬再于170℃人工时效处理后,板材中含Mn弥散相粒子数量增多,板材强度与硬度均随Mn含量增加呈现出先迅速增大至峰值后略有降低的趋势,延伸率呈现出先提高然后迅速降低的趋势,板材的疲劳性能呈现出先增大后降低的趋势。（5）优化出Al-5Si-0.8Mg-（0.01-1.97）Mn合金板材中的最佳Mn含量为0.7%,其产生的亚微米级含Mn弥散相颗粒的数量与Al-5Si-0.8Mg中微米级的Si颗粒和纳米级Mg2Si颗粒的数量最匹配。合金板材经170℃时效1 h时的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为230 MPa、326 MPa和20.5%,比不添加Mn的Al-5.64Si-0.78Mg合金板材的屈服强度和抗拉强度分别提高了 72 MPa和69 MPa且延伸率相当,合金板材在170 MPa、R=0条件下疲劳时的平均寿命可达5.39×105次,远高于不添加Mn的Al-5.64Si-0.78Mg合金板材相同条件下的平均疲劳寿命7.72×104次;170℃时效10 h时,合金板材的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为321 MPa、362 MPa和11.7%,比不添加Mn的Al-5.64Si-0.78Mg合金板材的屈服强度、抗拉强度分别提高了36 MPa、42 MPa且延伸率相当。合金板材在175 MPa、R=0条件下疲劳时的平均寿命可达3.89×106次,远高于不添加Mn的Al-5.64Si-0.78Mg合金板材相同条件下的平均疲劳寿命1.08×106次。（6）170℃时效1 h和170℃时效10 h时,Al-5Si-（0.01-1.42）Mg合金板材静态拉伸断裂主裂纹均绕过或穿过Si颗粒,170℃时效1 h和170℃时效10 h时,Al-5Si-0.8Mg-（0.01-1.97）Mn合金板材静态拉伸断裂主裂纹均穿过Al9（FeMn）4Si3相;170℃时效1 h时,Al-5Si-（0.01-1.42）Mg合金板材疲劳裂纹扩展均绕过Si颗粒;170℃时效10 h时,Al-5Si-（0.01-1.42）Mg合金板材疲劳裂纹扩展可绕过或穿过Si颗粒;当Mn含量不超过0.72%,亚微米级弥散相粒子可提高Al-5Si-0.8Mg-（0.01-1.97）Mn合金板材疲劳性能;当Mn含量超过1.09%时,Al-5Si-0.8Mg-（0.01-1.97）Mn合金板材中Al9（FeMn）4Si3相促进裂纹萌生。