材料轻量化是交通运输、航空航天等行业发展的新方向,铝合金因其质轻、比强度高、耐腐蚀性良好等优点成为轻量化发展的优选材料。随着社会需求的不断增加,对铝合金的性能要求也越来越高,开发新型高强轻质铝合金成为如今轻量化研究的热点。本论文以亚共晶Al-3Si合金为基础,添加稀土元素Sc和其它合金元素Mg、Cu、Zr对其进行复合改性,采用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）和原子力显微镜（AFM）等手段,系统地研究了合金经微合金化、T6处理和快速凝固处理后组织、性能的演化规律和机理,以及不同工艺协同作用的影响及相关机制,得到以下主要结果:（1）Sc元素对亚共晶Al-3Si合金存在双重的影响,包括对晶粒的细化作用和对共晶Si相的改性作用。随着Sc含量的逐步递增,合金的晶粒由粗大的树枝晶向细小的等轴晶转变,共晶Si相由连续的片状形态逐渐转变为不连续的纤维状形态。Sc含量为0.6 wt.%时,合金的晶粒尺寸最小,此时合金内部存在着形状规则的粒子,其为初生Al₃（Sc,Zr）相,在合金凝固的过程中起异质形核核心的作用。合金的组织演化规律决定了合金力学性能的变化趋势,即Sc含量达到0.6 wt.%时,合金的硬度、屈服强度、抗拉强度和伸长率等也达到最大值,分别为82.2 HBS、158.9MPa、286.5 MPa和10.1%。（2）铸态合金中的初生Al₃（Sc,Zr）相具有立方体和尖角立方体的两种三维形貌,其呈现的不同二维形貌是由不同的截面（接近（100）面、（110）面和（111）面）截取所致。初生Al₃（Sc,Zr）相的多层形态主要包括两种结构,即:“?-Al+Al₃（Sc,Zr）+?-Al+Al₃（Sc,Zr）+???”的偶数层结构和“Al₃（Sc,Zr）+?-Al+Al₃（Sc,Zr）+???”的奇数层结构,呈现出共晶生长的模式。初生Al₃（Sc,Zr）粒子和其所对应的?-Al基体生长取向相同,是良好的活性质点,充当了?-Al基体异质形核的核心,在凝固过程中?-Al基体包覆着初生Al₃（Sc,Zr）粒子进行形核和外延生长。（3）铸态合金经过540℃固溶处理10 h后,其显微组织中的共晶Si相发生明显的球化,其球化程度与铸态下Sc元素对Si相的改性程度相对应。T6处理后合金的力学性能相较于铸态合金均有明显提升,且当Sc元素的添加量达到0.6 wt.%时,合金的硬度、屈服强度、抗拉强度和伸长率均获得最大值,分别为100.5 HBS、180.7 MPa、324.5 MPa和12.5%。这得益于T6处理后二次Al₃（Sc,Zr）、CuAl₂、Mg₂Si等析出相引起的时效强化作用。其中时效析出的二次Al₃（Sc,Zr）相呈现小平面界面的形态,小平面界面包括{110}、{111}和{200}面。二次Al₃（Sc,Zr）相和?-Al基体存在一定的位向关系:[010]_{Al3（Sc,Zr）}//[010]_?-Al,{100}_{Al3（Sc,Zr）}//{100}_?-Al,{110}_{Al3（Sc,Zr）}//{110}_?-Al,{111}_{Al3（Sc,Zr）}//{111}_?-Al;Mg₂Si相和?-Al基体也存在一定的位向关系:{410}_Mg2Si//{111}_?-Al,{210}_Mg2Si//{100}_?-Al。（4）不同Sc含量的合金经过快速凝固处理后均转变为细小的等轴晶组织。此过程中快速凝固产生的巨大过冷度占据主导因素,抑制了初生Al₃（Sc,Zr）相的形成,使得合金的晶粒尺寸未随着Sc元素的增加而发生明显的变化。快速凝固和Sc元素的协同作用改善了共晶Si相的形态和分布,当Sc含量达到0.6 wt.%时,合金中骨骼状的共晶Si相最为细小,分布最为分散,且部分演化为颗粒状的共晶Si相。快速凝固处理后合金的力学性能相较于铸态下均得到了提升,但其并未随着Sc含量的变化而发生规律性变化。由于快速凝固增加了合金元素的固溶程度,所以不同Sc含量的快速凝固态合金经过160℃时效处理3 h后,其力学性能显著提高。Sc含量为0.6 wt.%时,合金的硬度、屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为119.5 HBS、182.4 MPa、337.1 MPa和10.4%。