作为可热处理强化型铝合金,Al-Mg-Si-Cu合金具有中等的强度、良好的耐蚀性、优异的成形性以及较低的密度,目前已经占有了世界铝合金市场的大部分比例。良好的宏观性能离不开合金的微观组织结构,而微观组织结构又和一些纳米析出相的晶体结构以及它们的相变过程紧密联系在一起。从纳米和原子尺度调控Al-Mg-Si-Cu合金的组织以及一些纳米析出相的结构、尺寸、形状和分布是实现其性能优化的根本途径和有效方法。本文选取Al-Mg-Si-Cu系6005A合金挤压型材为研究对象,采用常规的透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射(SADP)等技术手段,对6005A合金在线挤压淬火态的组织和织构、合金时效过程中的硬化行为及相变规律、纳米时效析出相的微观结构以及析出相组织结构对合金宏观性能的影响等进行了系统的研究,目的是从原子和纳米尺度加深对6005A合金性能和工艺的理解,为探索合金改性的新工艺和新思路奠定理论基础。本文研究得出了如下主要结论：(1)6005A合金挤压型材晶粒呈纤维状分布,平均尺寸在50μm左右,晶内存在大量的Mg2Si相、少量含Fe的AlFeMnMgSi相和含Mn、Cr的AlCrMnMgSi相；经550℃/1h固溶处理,Mg2Si相大部分回溶,含Fe和含Mn、Cr的相不能消除；主要存在黄铜型{110}<112>织构和再结晶立方型{001}<001>织构,经固溶时效处理,其主要织构并未发生明显改变。(2)6005A合金经单级时效处理,175℃/12h达到硬度峰值,硬度为120Hv,峰值过后,β"相长时间存在于基体当中,合金表现出明显的抗过时效软化能力,90h以后,硬度开始迅速下降；200℃时效,4h即可达到硬度峰值,硬度为113Hv,峰值过后,β"相迅速消失,合金出现明显的过时效软化。经变温时效处理,分别在100℃和250℃附近出现硬度峰值,对应于一些团簇和GP区以及β"相的析出,其中,β"相为合金的主要强化相；160℃附近一些尺寸较小的团簇发生回溶使得合金硬度有所降低。经二次时效处理,合金18h可达到硬度峰值,硬度为127Hv,其中,中断时效处理可以产生更多细小、弥散分布的GP区组织,为β"相的析出提供了更加充分的形核核心。(3)借助空位结合能和平衡相图分析,发现在早期时效硬化过程中,Al-Mg-Si-Cu合金中的Si原子控制着Mg-Si共同团簇以及GP区的数量,并对合金的时效硬化过程起主导作用。结合TEM组织观察,6005A合金的时效序列可以表示为：SSSS→Si-空位对,Mg-空位对和富Mg原子团簇→富Mg原子团簇的溶解和富Si原子团簇→游离的Mg原子扩散到富Si原子团簇中→Mg-Si共同团簇→GP区→亚稳的β"相→亚稳的β’和Q’相→稳定的p相和Q相。(4)HRTEM研究表明,β"相具有C-心单斜结构,其点阵参数为：a=1.516m,b=0.405nm,c=0.674nm,β=105.26°;p’相和Q’相均为HCP结构,其中,β’相的点阵参数为：a=0.715nm,c=0.405nm,γ=120°,Q’相的点阵参数为：a=1.032nm,b=0.405nm,γ=120°。(5)6005A合金中的三种主要析出相(β"、p’和Q’相)均具有12种变体,它们和Al基体的取向关系可以分别表示为：(010)β"//{100}Al,[001]β"//<310>Al和[100]β"//<230>Al；(0001)β’//{100}Al,[2110]β’//<310>Al和[1210]β’//<110>A1；(0001)Q’//{100}Al,[2110]Q’//<510>Al和[1210]Q,//<110>Al。(6)提出了一个集HRTEM结构表征、矩阵计算、衍射花样模拟和极图分析为一体的研究方法。利用这个方法可以很科学地去分析任何合金中任意一个析出相与基体之间的取向关系以及任意带轴下复杂的SADP现象。据此,分别建立了6005A合金峰时效和过时效状态下的[001]Al带轴下的SADP模型,并对时效过程中出现的一些“十字形”衍射斑纹现象做了合理解释,即：峰时效状态出现的“十字形”衍射斑纹来自于β"相的变体5～12在[304]β"和[106]β"带轴下的±1阶衍射斑点；过时效状态出现的“十字形’’衍射斑纹主要来自于Q’相变体5～12在[1450]Q’和[3210]Q带轴下的衍射斑点。(7)TEM和SADP研究表明,沿A1基体的[001]Al方向析出时,β"相、p’相和Q’相均具有3个不同的带轴,即：[010]β",[304]β"和[106]β"；[0001]β’,[1450]β’和[5410]β’；[0001]Q’,[1450]Q’和[3210]Q’。据北,分别对平躺和插入等不同方位的β"相、β’相和Q’相进行了详细地HRTEM结构表征,对β’相和Q’相中出现的moire条纹做出了分析；同时,也发现一些内部位错的存在会使得析出相的界面位错数量偏离理论计算值。(8) HRTEM研究表明,β"相和Al基体基本上完全共格,具有2维方向的共格应变场；β’相和A1基体的(200)Al面半共格,与(020)Al面非共格；Q’相和A1基体的(200)Al面基本共格,与(020)Al面半共格。共格性的差异引起了三个主要析出的强化效应出现差异,从应变场角度考虑,其强化顺序可以表示为：β"相>Q’相>p’相。(9)根据界面控制生长理论,β"相沿其生长方向与A1基体基本共格,具有缓慢的粗化速度,易生长为针状；β’相和Q’相分别沿其长轴与基体半共格和基本共格,沿其短轴均与基体非共格,且易生长为板状；由于β’相更加非共格,它的横截面形貌要比Q’相更为粗大。