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作为轻质高强材料之一,可热处理强化高强铝合金在航空、航天和交通运输领域应用广泛。但此类铝合金在室温下的成形性能差,采用常规冷冲压成形工艺加工难以获得满足质量及性能要求的复杂结构件。采用传统的温/热成形工艺虽然能提高其成形性能,但却存在诸如能耗高、生产效率低、微观组织恶化等问题。此外,成形后的可热处理强化高强铝合金零件在固溶处理过程中还会产生翘曲变形,影响产品尺寸精度。本文依据可热处理强化高强铝合金板料的成形性能随温度变化及在固溶处理过程中微观组织演变特点,提出一种将可热处理强化高强铝合金板料冲压成形与固溶处理相结合的成形新工艺——同步冷却热成形（HFSC）,以解决此类材料的复杂形状零件成形问题。论文工作以航空制造中广泛应用的AA2024铝合金为研究对象,采用理论分析与试验研究相结合的方法,对同步冷却热成形工艺及该工艺条件下可热处理强化高强铝合金的成形性能、失稳准则及成形极限,以及微观组织、强化机制及性能等方面展开深入、系统的应用基础研究。本文完成的主要工作和取得的成果如下:（1）借鉴高强钢的淬火热成形工艺原理,结合铝合金自身特点,提出同步冷却热成形工艺新方法,为可热处理强化高强铝合金的复杂形状零件精确成形提供一种新方案。（2）采用Gleeble-3800热成形模拟机对同步冷却热成形工艺条件下AA2024铝合金的流变特性进行研究。揭示了AA2024铝合金在同步冷却热成形过程中的主要软化机制为动态回复,获得了同步冷却热成形工艺及其工艺参数对AA2024铝合金流变行为的影响规律,为同步冷却热成形工艺的实际工程应用及工艺参数选择提供了材料变形特性依据。（3）根据热模拟试验获得的同步冷却热成形条件下AA2024铝合金的流变特性,综合比较现有表征材料流变规律的本构关系模型的特点,在对传统材料本构模型进行修正的基础上建立了该工艺条件下AA2024铝合金的粘塑性本构关系方程,其计算结果与试验值吻合较好,为模拟和优化同步冷却热成形工艺提供了理论基础。（4）基于同步冷却热成形工艺特点对AA2024铝合金进行了Nakazima法成形极限试验,探究了同步冷却热成形工艺及其工艺参数对AA2024铝合金成形极限的影响。依据塑性力学理论,推导了其在同步冷却热成形条件下的失稳准则,并通过对成形极限试样断口进行扫描电镜（SEM）观察,分析了该工艺条件下材料的断裂机制。结果表明同步冷却热成形工艺可以提升可热处理强化高强铝合金的成形极限,该工艺条件下AA2024铝合金的主要断裂失效是塑性损伤,断裂机理为晶间断裂。研究结果为同步冷却热成形工艺在实际工程应用中的失稳准则、成形极限判据的确定提供理论依据。（5）采用光学显微镜（OEM）和透射电镜（TEM）对同步冷却热成形及相应的时效处理试验后AA2024铝合金的晶粒形貌、第二相形貌及分布、位错密度等情况进行分析研究。发现同步冷却热成形之后AA2024铝合金内的位错密度明显增加,同时该工艺还可以使最终时效状态为自然时效态的AA2024铝合金晶粒中出现沉淀相CuMgAl2。此外,研究了同步冷却热成形及其工艺参数对AA2024铝合金微观组织演变的影响规律。（6）通过对同步冷却热成形AA2024铝合金材料性能测试,发现在435505℃温度范围内,同步冷却热成形AA2024铝合金的强度随着成形温度的增加而增加。当最终热处理状态为自然时效时,由于同步冷却热成形导致位错密度的增加和细针状CuMgAl2相的出现,与传统的成形方法相比其屈服强度和抗拉强度分别提升了7%和5%。研究了同步冷却热成形及其工艺参数对AA2024铝合金性能的影响,并建立了成形后的材料性能预测模型。（7）在系统分析微观组织演变和强化机制的基础上,结合微观组织和材料性能试验结果,得出自然时效后同步冷却热成形AA2024铝合金的主要强化机制:G.P.区对位错运动的阻碍作用;弥散相Cu2Mn3Al20和沉淀相CuMgAl2对位错和亚晶界的钉扎作用;位错之间的相互作用。人工时效后同步冷却热成形AA2024铝合金的主要强化机制为弥散相Cu2Mn3Al20和沉淀相CuMgAl2对位错和亚晶界的钉扎作用以及位错之间的相互作用。另外,基于第二相尺寸与强度关系建立了同步冷却热成形可热处理强化高强铝合金的强化模型。（8）基于同步冷却热成形工艺的多场耦合、非恒定温度场的特点,结合试验获得的AA2024铝合金的流变特性及成形极限曲线,开发了可热处理强化高强铝合金同步冷却热成形的有限元模拟分析模块,并进行了相应的有限元模拟仿真分析研究。分析了多场耦合、非恒定温度场导致的应力场、应变场的改变对成形质量的影响规律,为后期的同步冷却热成形工艺应用试验中的模具设计及工艺参数选择提供依据,同时也为该工艺在实际应用中的计算机模拟提供了切实可行的方案。（9）结合实际产品对AA2024铝合金板料进行了同步冷却热成形工程应用验证,结果表明同步冷却热成形工艺在实际生产中应用是可行的。通过成形零件精度测量,研究了同步冷却热成形及其工艺参数对AA2024铝合金板料成形质量的影响,为可热处理强化高强铝合金同步冷却热成形工艺的工程应用提供了可行性依据。通过对比发现试验实测数据与有限元数值模拟所得到的计算结果一致性好,验证了同步冷却热成形热力耦合模拟结果的可信性。本文研究结果表明:与传统可热处理强化高强铝合金成形零件的制造工艺相比,采用同步冷却热成形工艺并辅以相应的时效处理,能在改善可热处理强化高强铝合金成形性能的基础上,消除淬火变形、减少回弹,从而提高可热处理强化高强铝合金成形零件的制造精度,同时还可以省去专门的固溶处理淬火工序,缩短生产周期,降低生产成本。该工艺可应用于航空、航天、交通和现代武器装备等领域中可热处理强化高强铝合金成形零件的生产。