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近年来我国政府大力倡导绿色制造、节能减排、轻量化等生态文明理念。Al-Mg-Si-Cu合金由于其重量轻、成形性好、耐腐蚀性强、可循环使用等优点受到了工业界越来越广泛的重视。Al-Mg-Si-Cu合金为中等强度铝合金,提高该合金的强度可以带来巨大的社会效益。目前主要通过人工时效的手段使该合金在基体上析出弥散分布的纳米尺寸析出相,从而对该合金起到强化效果。但是自然停放效应(自然时效)对不同溶质成分的Al-Mg-Si-Cu合金析出强化效果的影响仍然存在争论,该系列合金的主要析出强化相及其析出相的演变规律仍需深入研究。同时,细化晶粒是一种重要的强化手段,但Al-Mg-Si-Cu合金细晶化的手段及其细晶强化机制是一个研究的难点,一直鲜有报道。因此该合金细晶化的工艺以及细晶强化的机制都值得探究。本文以在工业界广泛应用的6061铝合金为对象,熔炼了与其成分一致的Al-1.0Mg-0.65Si-0.24Cu合金,并分别通过轧制和热挤压制备成相应的板材和棒材。采用显微维氏硬度计、万用拉伸试验机、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、背散射电子衍射等设备,系统地研究了(1)自然时效对该Al-Mg-Si-Cu合金析出强化的影响;(2)探索预处理工艺对自然时效以及人工析出强化的影响;(3)提出一种新型的细化晶粒手段,并探究了该合金的细晶强化机制。通过系统的实验与分析,得到的主要研究结果如下:(1)该Al-Mg-Si-Cu合金板材固溶淬火后直接进行人工时效析出强化,其峰值屈服强度为287.5 MPa(T6态),而在人工时效前经过自然时效(7天)的样品其峰值屈服强度仅为229.6 MPa。利用透射电子显微镜对样品峰值人工时效状态下的微观结构进行研究,发现经过自然时效的样品在峰值人工时效状态下的β"析出相的体积分数为0.48%,远远低于固溶淬火后直接进行人工时效的样品(2.92%)。随后采用Ashby-Orowan公式定量地研究了β"析出相在人工时效过程中对屈服强度增量的贡献,研究结果很好地从析出相的角度阐明自然时效对该Al-Mg-Si-Cu合金后续人工时效析出强化过程的负面影响。(2)采用两种预处理手段来抑制自然时效对Al-Mg-Si-Cu合金板材样品析出强化的负面影响。第一种是在固溶水淬之后,立即引入5%预变形工艺。预变形处理降低了50%的人工时效时间,大大提高了生产效率,但对人工时效峰值硬度影响不大,且仅在一定程度上抑制了自然时效的负面影响。第二种采用的是5%预变形+10 min预时效(210?C)的工艺,该预处理工艺可以完全抑制自然时效的负面影响,同样也能降低50%人工时效达到峰值硬度的时间,而且人工时效的峰值硬度也由T6态的108 HV提高到了122HV。微观结构研究发现该Al-Mg-Si-Cu合金在两种预处理之后均在位错线附近生成两种含有Mg、Si、Cu原子的无序析出相,本文中分别命名为Type 1和Type 2相。这两种无序析出相在后续的人工时效过程中不溶解且继续长大,与β"相一起对合金起到强化作用。(3)采用单辊熔体旋转冷却法(甩带法)制备的Al-Mg-Si-Cu合金带材晶粒直径大部分在1?m以下,为超细晶组织。随后分别在400?C、450?C和500?C对这些超细晶带材进行热挤压得到超细晶棒材。与传统铸造热挤压棒材相比,甩带热挤压棒材的平均晶粒直径为1-2?m。随着热挤压温度的提高,热挤压棒材的平均晶粒尺寸也逐渐增大,但由于在400?C热挤压时棒材存在少量脱粘缺陷,故在450?C进行热挤压的棒材具有最优的力学性能,超细晶棒材的屈服强度提高了114%,伸长率也少量提高。此外,对热挤压棒材的微观组织研究发现,甩带热挤压棒材除了晶粒达到超细晶之外,还存在有体积分数为68%的平行于挤压方向的<111>丝织构。细化的晶粒和存在的织构对棒材都起到强化作用,本文分别利用Hall-Petch公式和Taylor因子阐释了二者对超细晶棒材屈服强度的贡献。(4)对甩带热挤压超细晶棒材进行人工时效处理可以显著地提升其力学性能。与传统热挤压棒材相比,较高的晶界密度导致甩带热挤压棒材较快的强化相析出速率,在180?C进行60 min的人工时效,其硬度即高达127.34 HV,已经远高于传统板材T6态的硬度(108 HV)。在人工时效120 min时甩带热挤压棒材的峰值人工时效硬度达到了133.1HV,远远高于铸造热挤压棒材的硬度。分析二者峰值时效状态下的微观组织,发现二者的析出相均为β"相,但450甩带热挤压棒材中的强化相密度较大,导致该棒材具有较为优异的力学性能。