活塞是发动机的心脏,由于其工作环境恶劣,所以对其强度、热稳定性、耐磨性等性能要求很高。本文通过改变传统时效处理工艺,采用二级时效处理来改善铝合金活塞的力学性能和显微组织。并采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段来探讨时效强化作用。此外,对工厂即将生产的一种活塞进行了模具设计,采用UG进行三维制图,采用MAGMASOFT进行铝合金活塞充型和凝固过程数值模拟,优化工艺参数和对铸件进行缺陷预测。通过改变二级时效的预时效和终时效的温度和时间,来观察活塞力学性能和显微组织的变化。研究表明：经过二级时效处理后,初晶硅的颗粒尺寸较一级时效时明显减小,分布均匀,在时效处理工艺为150℃×2.5h+220℃×2.5h时显微组织及力学性能最好,合金的抗拉强度为335MPa,硬度底部75.0HRB,裙部74.8HRB,金相组织符合一级标准,体积稳定性合格。对时效过程中的强化作用做了分析,结果为：时效过程中有强化相析出,通过检测,强化相成分主要为：Mg2Si、Al3Ni、Q-Al8FeMg3Si6。形成时效强化作用的主要因素有：以上析出相呈与基体呈半共格状态；位错线在滑移过程中,遇到了基体中的析出相时就在析出相的周围缠结在一起；第二相生长过程中,受到阻碍,生长缓慢,形成弥散分布质点,从而有效的抑制局部平面滑移。结合工厂传统生产经验以及要生产活塞的特点,进行了模具设计,设定传热参数,并利用数值模拟进行优化,最后进行充型和凝固过程的数值模拟。其结果为：预测出裙部,底部和销轴与底部交接处有微量的缩孔,其中温度越高,缩孔越不明显；利用所设计模具,在750℃时进行浇注。并将模拟容易产生缺陷的部位剖解,缺陷几乎没有。