铝合金因具有良好的流动性、耐磨、耐腐蚀以及良好的铸造性能等优点,逐渐成为高强度耐热轻质材料的首选。Al-Cu及Al-Si-Cu-Mg-Ni系合金是车辆用活塞的主要铝制金属材料,组织中与基体呈半共格位向关系的θ’相是活塞铝合金时效析出的重要强化相。随着发动机功率密度的提升,高功率密度发动机活塞顶部的服役温度已经超过400℃。当温度高于250℃时,θ’相逐渐转变为完全不共格的稳定相θ,失去强化效果。已有研究结果表明Sc、Zr、和Er等元素的微合金化可显著提升θ′-Al2Cu相在350℃以下的抗粗化阻力及合金的力学性能。然而,在活塞服役温度下Sc元素对析出相的影响鲜有文献报道。本文以Al-5Cu合金和Al-5Cu-0.3Sc合金为研究对象,研究热暴露对合金组织与性能的影响。主要研究结论如下:（1）研究了535℃下固溶时间对Al-5Cu合金和Al-5Cu-0.3Sc合金组织的影响。通过凝固析出的Al2Cu相体积分数的变化确定了Al-5Cu合金和Al-5Cu-0.3Sc合金在535℃固溶6h时效果最优。Al-5Cu合金和Al-5Cu-0.3Sc合金在535℃固溶6 h时,凝固析出的Al2Cu相已经尽可能多的溶入到α-Al固溶体中,残留凝固析出Al2Cu相的体积分数最小。（2）研究了加入Sc元素对400℃热暴露过程合金中析出θ-Al2Cu相形貌和尺寸的影响。Al-5Cu合金在400℃热暴露12 h时θ-Al2Cu相主要为板条状,板条长度约为329 nm;热暴露12 h至24 h的过程中长径比出现快速下降,即θ-Al2Cu相开始趋于颗粒状,颗粒平均尺寸约为244 nm。在24 h至100 h时,仍然呈颗粒状,且颗粒尺寸变化不大。Al-5Cu-0.3Sc合金在400℃热暴露24 h后仍为板条状,板条长度小于Al-5Cu合金,约为218 nm;热暴露时间从24 h至36 h期间,θ-Al2Cu相的长径比出现快速下降,即θ-Al2Cu相开始趋于颗粒状。热暴露60 h至96 h期间,绝大多数θ-Al2Cu相已由板条状演变为颗粒状,颗粒平均尺寸约为226nm。由此可知,加入Sc元素可延缓θ-Al2Cu相颗粒化。加入Sc元素显著促进了Al2Cu相的析出,改善了合金中的θ-Al2Cu相的热稳定性,抑制了θ-Al2Cu相的长大及形貌演变。（3）研究了加入Sc元素对合金力学性能的影响。与Al-5Cu合金相比,加入Sc元素后,可以显著提高固溶态以及热暴露态合金的抗拉强度。根据热暴露态θ-Al2Cu相的直径、宽度、体积分数、数密度和相间距,结合金属强化理论构建了热暴露过程中合金布氏硬度以及拉伸强度的预测模型,计算所得理论结果与实验结果的变化趋势基本一致。即上述预测模型能够较好地描述热暴露态Al-5Cu合金和Al-5Cu-0.3Sc合金的强化响应。