Inconel 718合金是时效强化型的Ni-Fe-Cr基高温合金,具有优异的高温稳定性、耐腐蚀性以及蠕变强度等综合性能,广泛应用于航空航天、国防以及石油化工等领域。但是当Inconel 718合金的使用温度超过650℃或在高温下长时间使用时,合金中的γ″相会与γ基体相失去共格关系,转变成稳定的δ相,使材料的性能下降。合金元素的掺杂对高温结构材料的性能有重要影响,由于铜矿和镍矿是伴生矿,所以Inconel 718合金原材料中不可避免的会含有Cu元素,一般情况下Cu元素在高温合金中为有害元素,为获得性能优异的Inconel 718合金原材料,需要对合金中Cu的含量进行控制。本文采用第一性原理计算的方法研究了Cu的掺杂对γ相、γ′相以及γ"相结构稳定性、弹性力学性质以及电子结构的影响,从微观电子层面上揭示Cu对Inconel 718合金各相稳定性的影响机理;并通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线衍射仪（XRD）等设备分析了Cu的加入对Inconel 718合金铸态、标准热处理态以及长时时效态微观组织和形貌的影响,比较了硬度和屈服强度的变化。获得如下研究结果:第一性原理计算表明Cu的掺杂降低了γ-Ni体系的结构稳定性,并且随着Cu掺杂浓度的增加,其稳定性依次降低;计算分析了Cu掺杂前后体系的弹性性质,表明Cu的掺杂降低了体系的硬度、抗变形能力以及原子间的结合能,使体系的延性降低;γ-Ni体系中的Ni原子被Cu原子取代后,Cu原子的电子基本分布在成键态,Ni原子与Cu原子之间的键合作用是由Cu 3d和Ni 3d轨道的价电子杂化形成的。实验研究表明Cu含量对合金铸态微观组织有较大的影响,Cu的加入促进了Laves相的析出;并且Cu的加入降低了合金的硬度、屈服强度以及弹性模量,实验结果与第一性原理计算结果的趋势一致。第一性原理计算表明Cu原子的掺杂使γ′-Ni₃Al体系的结构稳定性降低,并且Cu原子有优先置换Al原子的倾向;计算分析了Cu掺杂前后各掺杂模型的弹性性质可知,Cu的掺杂使各掺杂模型的弹性常数值均减小,降低了γ′-Ni₃Al体系的硬度和抗体积变形能力,使原子间的定向键和结合能力减弱,对γ′-Ni₃Al体系延性的影响程度不同;Cu原子取代γ′-Ni₃Al体系中的Ni、Al原子后,与周围Al原子以及Ni原子之间的化学键作用减弱,揭示了Cu掺杂进γ′-Ni₃Al体系后使其稳定性降低的本质原因;实验研究表明微量Cu元素的加入对Inconel 718合金强化相γ′相和γ″相的析出形貌产生了很大的影响。第一性原理研究结果不仅揭示了Cu掺杂进Ni₃Al体系中使其稳定性降低的本质原因,也从电子层面揭示了Cu的加入致使其晶内析出相γ′相析出形貌发生极大变化的本质原因。第一性原理计算表明Cu原子的掺杂使γ″-Ni₃Nb体系的结构稳定性降低,Cu原子有优先置换Ni原子的倾向;计算分析了Cu掺杂前后体系的弹性性质,表明Cu的掺杂降低了γ″-Ni₃Nb体系的硬度和抗体积变形能力,使原子间的定向键与结合能力减弱,对γ″-Ni₃Nb体系延性的影响不明显。Cu掺杂进γ″-Ni₃Nb体系后,原子轨道间的杂化作用减弱,电荷密度减小,结合键的强度减弱,使体系的合能降低,揭示了Cu使γ′′-Ni₃Nb相稳定性降低的本质原因。实验结果与理论计算结果相一致,即Cu的加入降低了γ′′-Ni₃Nb相的稳定性,显著改变了γ′′相的析出形貌,使γ′′相由盘片状变为包覆状,且随着Cu的加入,γ″相析出造成的晶格畸变程度增加。实验研究表明Cu的加入导致标准热处理后Inconel 718合金组织中仍存在Laves相,对γ′相和γ"相的析出会产生影响;并且Cu的加入降低了合金的硬度;采用第一性原理解释了Cu的加入使合金稳定性和力学性能降低的本质原因。综合实验结果与第一性原理计算结果,Cu的加入降低了合金基体相和强化相的稳定性。通过上述研究,本文从微观电子层面揭示了Cu元素在Inconel 718合金基体相与强化相中的作用,为今后Inconel 718合金原材料的选择提供了理论与实验依据,建议将合金中Cu元素的含量控制在0.1wt%以下。