6×××系Al-Mg-Si合金具有较高的比强度、良好的成形性和抗腐蚀性等优异的综合性能,是一种典型的高性能轻量化铝合金,被广泛地应用于汽车车身板以及高速列车车体。理解合金在热处理工艺中析出相微观结构的演变规律对合金性能的改善非常重要。本论文主要利用先进的透射电镜表征技术,结合相变理论和第一性原理计算,厘清了Al-Mg-Si合金中关于析出行为的若干重要的基础科学问题。Al-Mg-Si合金的析出路径通常被认为是:过饱和固溶体→团簇→β"相的GP区→pre-β"相（/β"相）→β’相（/B’相/U1相/U2相）→β相,其中β’相（/B’相/U1相/U2相）在β"相之后形成。本文研究发现当铝基体中Si原子的过饱和度较低时,由于β’相（/B’相/U1相/U2相）的形核能垒低于β"相的形核能垒,β’相（/B’相/U1相/U2相）可以直接形成,即出现析出反转现象,此时合金的析出路径为:过饱和固溶体→团簇→β’相（/B’相/U1相/U2相）→β相。该现象暗示了β"相的形核与β’相（/B’相/U1相/U2相）的形核是相互独立的,它们之间不存在直接的转变关系。因此,根据合金中主要强化相的类型而非根据合金成分,可将Al-Mg-Si合金明确分为两种类型:β"相强化的合金和β’相强化的合金。在小变形预处理的Al-Mg-Si合金中,位错诱导的析出相往往会连续排布在基体中,并且形成复杂的结构。本文利用原子分辨率的电镜表征和硬度测试等手段系统研究了这些位错诱导的析出相的原子结构及其与合金时效硬化响应的关系。结果揭示了位错诱导的析出相大部分为短程有序而长程无序的多晶相和多相复合相,包括多晶U2相、B’/U2复合相、B’-2/U2复合相、B’/B’-2/U2复合相和β’/U2复合相。这些位错诱导的复杂析出相的形成主要与取向或类型不同的析出相沿着位错线高密度形核并且快速生长有关。由于位错诱导的析出相消耗基体中的Mg原子多于Si原子,并且析出动力学很快,它们对不同类型的Al-Mg-Si合金中的基体析出行为具有不同的影响。本文的结果进一步表明,在β"相强化的合金中,位错诱导的析出相的形成会导致基体析出相发生粗化,而在β’相强化的合金中会导致基体析出相由β’相反转成β"相,因而造成前面一类合金的时效硬化能力降低而后面一类合金的时效硬化能力升高。自然时效对Al-Mg-Si合金后续人工时效的硬化行为有显著影响,并且该影响会随合金成分、人工时效温度和自然时效时间的不同而不同。虽然过去有大量研究工作探讨了产生自然时效影响的原因,但至今尚没能形成阐述自然时效影响机制的一般性结论。本文利用透射电镜表征方法系统研究了自然时效对Al-Mg-Si合金人工时效析出行为的影响,建立了析出行为与时效硬化行为之间的关系,并从自然时效团簇影响析出相形核的角度系统解释了不同的自然时效影响。在β"相强化的合金中,自然时效对人工时效的硬化能力具有负面影响的原因是:自然时效导致析出相的类型由β"相反转成了β’相（合金中Si含量相对较低时）或者析出相的尺寸发生了粗化（合金中Si含量相对较高时）。而在β’相强化的合金中,自然时效对人工时效的硬化能力具有正面影响的原因是:自然时效导致析出相的类型由β’相反转成了β"相。对于β"相强化的合金,即使人工时效前有自然时效,合金中主导的形核方式依然为析出相从基体中均匀形核。随着自然时效时间的延长,自然时效团簇的不断形成使溶质原子的过饱和度逐渐降低,因此造成析出相的类型由β"相逐渐反转成β’相（合金中Si含量相对较低时）或β"相的尺寸逐渐发生粗化（合金中Si含量相对较高时）。对于β’相强化的合金,均匀形核的动力学较慢,随着自然时效时间的延长,均匀形核的动力学逐渐被进一步减慢并且能够作为β"相形核点的自然时效团簇的数量逐渐增多,合金中主导的形核方式由β’相从基体中均匀形核逐渐变成β"相在自然时效团簇上的异质形核,因此造成析出相的类型由β’相逐渐反转成β"相。