由于兼具5xxx系和7xxx系铝合金高强度、可焊接与耐蚀性能好等特点,基于T相及其亚稳相强化的新型Al-Mg-Zn-（Cu）合金,被认为是一种理想的轻量化材料。近年来,研究人员通过提高合金中Zn元素含量、引入Cu微合金化以及利用最终形变热处理等方法,大大提高了合金的时效响应速率。但预变形的引入会在基体中产生大量不均匀分布的位错结构,诱发析出相的非均匀形核与快速长大、粗化,损坏了合金的塑性。因此,需要一种新的合金设计策略,在保证合金具有快速时效响应能力的前提下,实现强度与塑性的优化匹配。基于此,本文通过构建适用于Al-Mg-Zn-（Cu）合金时效过程中微观组织演变与力学性能预测的ICME模型,预测了 Mg、Zn和Cu元素与双级时效工艺对T相形核、析出和长大过程的影响趋势,成功设计了具有快速时效响应和强度/塑性匹配的Al-Mg-Zn-Cu合金,并优化双级时效工艺,揭示了强度与塑性的优化匹配机理与晶间腐蚀机理,为高强高塑的铝合金设计与开发提供模型支撑与理论依据。构建了适用于Al-Mg-Zn-（Cu）合金时效过程中微观组织演变与力学性能预测的ICME模型,提出了合金成分和时效工艺的高效设计与优化方法。首先,通过集成CALPHAD方法、KWN模型与力学性能预测模型,以计算模拟的方法建立了“成分-时效工艺-微观组织-力学性能”之间的联系,将依靠原有实验经验的设计方式提升到以微观组织设计与调控为基础的科学设计上。随后,结合有限的输入参数,基于ICME模型成功预测了 Zn含量与引入预时效处理对Al-Mg-Zn合金时效析出行为和力学性能的影响趋势,验证了ICME模型的拓展预测能力;在此基础上,基于ICME模型成功预测了预时效温度与时效温度对Al-5.1Mg-3.0Zn合金时效响应速率与峰时效强度的影响趋势,进一步验证了模型的准确性。基于ICME模型,成功设计了强度/塑性平衡的Al-Mg-Zn-Cu合金并优化双级时效工艺。首先,基于CALPHAD方法研究了 Mg、Zn和Cu元素含量对T相形核驱动力、界面能及长大、粗化速率的影响趋势,发现引入高含量的Cu元素可以在促进T相形核和析出的同时,抑制其长大和粗化速率。在此基础上,明确了高强塑Al-Mg-Zn-Cu合金的设计策略,设计了具有强塑性协同提升潜力的Al-4.0Mg-3.0Zn-1.5Cu合金。其次,基于ICME模型预测了双级时效工艺对Al-4.0Mg-3.0Zn-1.5Cu合金时效析出行为与力学性能的影响趋势,发现引入低温、短时间的预时效处理可以极大限度地提高T相体密度并细化其尺寸,有助于加快合金时效响应速率并改善强塑性之间的矛盾关系。在此基础上,优化了双级时效处理工艺（80℃/3 h+140℃/xh）。最后,基于实验研究发现,Al-4.0Mg-3.0Zn-1.5Cu合金经过短时（9 h）时效处理后,即可达到峰时效态,其屈服强度为386MPa,延伸率高达20.6%。与Al-4.0Mg-3.0Zn相比,设计合金在大大缩短峰时效处理时间（14h）的前提下,强度提高了 172 MPa（80.5%）,塑性没有明显损失,表现出快速时效响应能力和优异的强塑性匹配。此外,设计合金兼具了优异的抗晶间腐蚀性能,其平均最大晶间腐蚀深度为51 μm,与0Cu合金相当。最后,本论文基于ICME模型与实验研究,揭示了 Al-Mg-Zn-Cu合金强度与塑性优化匹配机理和晶间腐蚀机理。首先,系统研究了 Cu含量对Al-Mg-Zn-Cu合金时效过程中析出相形核、长大和粗化过程的影响规律,并结合热力学、动力学分析发现,向Al-Mg-Zn合金中引入高含量的Cu元素,一方面可以提高析出相的形核驱动力,降低其临界形核半径,促进热力学稳定的GP区的弥散析出,并作为形核点促进T’相的“爆发式”形核;另一方面,Cu元素较慢的扩散速率进一步抑制了 T’相的长大与粗化速率。由此,峰时效态下Al-4.0Mg-3.0Zn-1.5Cu合金基体中分布着高密度的T’相,其体密度高达1.15×1023/m3,约为0Cu合金的5倍,平均半径仅为2.14 nm,仅为0Cu合金的42.5%。在此基础上,通过表征四种合金塑性变形过程中T’相与位错之间的交互作用发现,高密度的纳米T’相在合金塑性变形过程中,可以有效阻碍位错运动,提高合金强度。与此同时,形成的大量位错环抑制了位错动态回复现象的出现与位错胞的形成,提高基体中的位错密度,提升了合金加工硬化与均匀塑性变形能力,实现了强塑性的协同提升。与此同时,T’相弥散析出降低了 PFZ的宽度,进一步改善了合金的塑性。最后,通过表征高Cu含量Al-Mg-Zn-Cu合金晶界微观组织特征发现,在Al-4.0Mg-3.0Zn合金中引入高含量Cu元素,可以在破坏合金晶界相连续性的同时细化其尺寸,阻碍了晶间腐蚀路径,提高合金抗晶间腐蚀性能。