Al-Cu-Li铝合金是一种典型的可时效强化铝合金，具有低密度，高比强度和比刚度，优良的低温韧性和疲劳性能以及良好的抗腐蚀性能等优点，被广泛应用于航天航空领域，成为航天航空领域最理想的新型结构材料之一。然而，对于时效过程中产生的析出相的种类、演变规律以及析出相的形貌、大小及分布对强度的贡献尚有争论。另外，关于合金主要强化相T₁相的结构以及演变规律也未能形成统一的观点。本文针对Al-4.0wt.%Cu-1.0wt.%Li铝合金板材，采用固溶淬火以及单级时效热处理，利用显微硬度测量、金相分析（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）以及高角度环形暗场像（HADDF）分析等手段，系统地研究了该合金在单级时效过程中微观组织、晶内强化析出相的变化情况，并且采用第一原理计算方法对合金主要强化相T₁相的结构及演变规律进行了研究。主要研究内容和创新点如下：（1）采用扫描透射-高角环形暗场像（HAADF-STEM）和第一原理计算方法对合金在165℃单级时效状态下T₁相的原子结构以及演变规律进行跟踪研究。研究发现在165℃单级时效过程中存在一种新的亚稳相：T₁相的GPT₁区，还观察到了T₁相的变体。GPT₁区具有六角结构，点阵参数c=4d111Al=0.932nm，与T₁相（c=0.935nm）相同，但GPT₁区两层富Cu之间的距离为0.466nm，与T₁相两富Cu层之间的距离不同（0.495nm）， T₁相变体实际上是由两个单胞T₁相组成，但是在这两个T₁相中间多了一层Li原子。T₁相的粗化方式有两种，一种是沿着它的c轴逐渐长厚，另一种方式是通过T₁相变体长厚。这在以往的文献中尚未报道过，本实验发现GPT₁区对时效早期材料的强度有重要影响。（2）采用TEM观察，结合显微硬度表征对Al-4.0wt.%Cu-1.0wt.%Li铝合金在135¹65℃不同温度下单级时效之后的微观结构的演变规律进行跟踪研究。研究发现165℃时效32h合金的硬度最高，可达148HV。单级峰值时效的主要强化相为GPT₁区，T₁相和′/θ′共生相。（3）采用第一原理计算方法，分别计算了GPT₁区以及T₁相变体的原子结构的形成焓，其形成焓分别为-1.4kJ/mol·atom^-1、-11.1kJ/mol·atom^-1，说明它们的结构从能量方面来说是合理的。