强化相（硬质相）作为抗磨钢铁的重要组成部分,对抗磨钢铁的性能至关重要。由于抗磨钢铁中强化相的晶体结构和组成元素复杂、尺寸小,相关的物理化学性质数据很难定量获取,对多元强化相的结构与性质研究属于空白。造成无法针对性的进行强化相的选择与成分控制。因此,本文以目前先进的抗磨钢铁中典型的强化相为研究对象,采用第一性原理计算结合微观结构和性能表征方法,建立强化相模型,研究多元强化相的力学和热学性质。为建立抗磨钢铁中硬质相结构与性质数据库提供部分有价值的数据,从而为硬质相种类与性能的选择和调控提供部分指导,为提高已有抗磨钢铁材料性能、设计新型抗磨钢铁材料奠定基础。本论文的研究内容与结果如下:（1）实验表征了Fe-12Cr-4.5C过共晶高铬铸铁中M7C3型碳化物为六方结构,晶胞参数为a=b=13.842 A,c=4.495 A,α=β=90°,y=120°,原子比Fe:Cr=4.9:2.1。强酸萃取得到的W6高速钢中碳化物以M6C为主,并含有V8C7和M23C6,采用电子探针微区分析得到M6C的化学计量比为Fe2.39W1.14Mo1.57Cr0.54V0.36C1.09;W18中碳化物以M6C为主,化学计量比为Fe3.01W2.33Cr0.38V0.28C1.06。相关数据作为理论计算建模的基础与实验依据。（2）根据强化相的形成演化规律,Fe-C相为钢铁中最原始的强化相。Fe-C相韧性好,力学性质整体上随碳含量升高而提高。θ-Fe3C的各向异性很强,高温下ε-Fe2C体积热膨胀系数最大,达到4.5×10-5/K。（3）B或W掺杂能提高正交结构Cr7C3型多元碳化物的热膨胀系数,达到5×10-5/K。B的掺杂能改善六方结构Cr7C3型多元碳化物的抗氧化性。Mo、W以及W+B共掺可以提高h-Cr7C3型多元碳化物的韧性。Cr3Fe3Mo0.5W0.5C2B同时具有好的力学性能和高热膨胀系数,达到8× 10-5/K,与钢铁基体热膨胀匹配。（4）VC1-x相中有序碳空位浓度低于16.7%时,稳定性加强,但使力学模量退化。VC0.875本征硬度最大,但与VC相比,其高温力学性质差。VC、VC0.875和VC0.750的杨氏模量沿主轴取得最大值。VC0.875的热膨胀系数高温下达到2.8×10-5 K-1。（5）对于三元Fe6-xMxC（M=W/Mo）相,当原子比Fe/（Fe+M）大于50%后,弹性模量急剧下降。Fe2 W4C和Fe3Mo3C的高温力学性质优于Fe2Mo4C和Fe3W3C。Fe2Mo4C和Fe3W3C的热膨胀系数达到0.6×10-5/K。对于四元（Fe,W,Mo）6C相,当原子比16.7%<Fe/（Fe+Mo+W）<50%时,整体化学键合作用强,能够获得较高的弹性模量和熔点。（6）通过实验验证了钨掺杂能提高过共晶高铬铸铁中初生碳化物断裂韧性。纳米压痕测试表明M7C3初生碳化物横截面的杨氏模量和硬度略大于纵截面的杨氏模量和硬度,与计算结果相符。采用NanoBlitz 3D方法,得到W6和W18高速钢的杨氏模量和硬度的二维分布和沿x轴方向的统计值,并与计算值对比,分析了差异的原因。说明本文采用计算方法的合理性,预测的结果有助于强化相调控与新型抗磨钢铁材料设计。