钛合金由于其出色的性能而广泛应用于多个领域,特别是在航空航天领域,飞行器服役过程中钛合金部件会长期暴露在高温条件下。Ti-Cu合金经过热暴露后,微观组织结构及应力分布状态会发生显著变化,导致合金性能迅速恶化影响结构件服役周期。针对Ti-Cu合金在高温环境中存在的问题,研究在不同热暴露条件下其组织和力学性能的影响,为提高在高温环境中Ti-Cu合金服役的热稳定性提供理论指导。本文通过研究热暴露对三种Ti-Cu合金（Ti-2.5Cu、Ti-7Cu、Ti-14Cu）组织稳定性的影响,结合组织演变规律对热暴露过程中Ti2Cu相的粗化行为进行了定量研究,并建立了不同粗化阶段微观组织演变模型;系统研究了热暴露引发组织演变对Ti-Cu合金力学性能的影响,明确了不同形貌Ti2Cu相对Ti-Cu合金力学性能的强化机制。研究发现,随着热暴露时间增加,三种合金均出现组织粗化现象。但Ti-7Cu合金由于全片层组织热稳定性较好,组织粗化速率相对缓慢。热暴露过程中,Ti-Cu合金内颗粒状加片层状组织粗化较为明显,粗化过程由快速粗化阶段和稳定粗化阶段组成,在快速粗化阶段,Ti2Cu相的体积分数增加了6.44%,而在稳定粗化阶段Ti2Cu相的体积分数仅增加了6.13%。这两个阶段分别受到终端迁移机制和Ostwald熟化机制的控制,颗粒状Ti2Cu相破坏了片层组织稳定性发生粗化行为,热暴露时间从0 h增加到200 h后,Ti-14Cu合金中Ti2Cu相的间距减小了48.7%。由于Ti2Cu相之间的间距减小,减小了位错滑移长度,导致合金延伸率降低,而Ti2Cu相粗化后α/Ti2Cu界面附近位错密度降低,合金抗拉强度下降。热暴露过程中由于温度升高促进了溶质原子发生扩散,层状Ti2Cu相随热暴露温度的增加粗化速率加快,在400℃下热暴露仅100 h后Ti-2.5Cu合金中层片Ti2Cu相厚度高达1.59μm。Ti-14Cu合金内Cu原子在α相基体中固溶度大,热暴露温度升高过程中Cu原子被大量激活发生扩散,导致Ti2Cu相粗化速率高于Ti-2.5Cu合金,Ti2Cu相大量粗化导致合金内位错密度下降,残余热应力对性能的影响占主导地位,合金强度出现下降趋势,而Ti2Cu相的粗化以及片层状Ti2Cu相的增加,降低了位错滑移长度与密度,造成了合金塑性下降。