合金的析出强化是金属材料提高力学性能的主要方法之一,析出的沉淀团簇显著影响材料的塑性和强度,晶粒长大和再结晶行为,以及断裂行为等。Cu由于在α-Fe中较低的溶解度,常以析出团簇的形式存在于α-Fe基体中,是钢铁材料中较为常见的强化相,例如新型高强度低合金钢拥有优异强度性能,主要贡献来自富Cu析出团簇引起的析出强化和细晶强化,另外富Cu团簇也多被用来提高钢铁材料的抗断裂性能。微观机理决定宏观行为,富Cu团簇影响材料的性能是与基体内的微观缺陷相互作用的宏观体现,其中强度与团簇对位错阻碍能力是相关的,晶粒细化与团簇对晶界迁移的钉扎作用是相关的,断裂性能则与团簇对裂纹扩展的影响是相关的。因此,研究α-Fe微观缺陷的运动性质及其与富Cu团簇的相互作用的微观机理有助于理解材料宏观性能和设计更符合应用环境的钢铁材料。分子动力学作为微纳尺度的模拟方法,有效地对理论研究和实验结果进行验证和补充,近些年已逐渐成为材料微观机理研究重要方法之一。本文运用分子动力学方法模拟了α-Fe中典型的缺陷运动,包括位错滑移运动,晶界剪切耦合运动和微裂纹扩展以及这些缺陷与富Cu团簇的相互作用,并讨论了相关参数对缺陷运动和相互作用过程的影响,得出以下结论:（1）模拟了α-Fe中刃型位错和螺型位错的滑移运动,讨论了剪切应力与温度对位错运动速度的影响。在一定的温度和施加应力条件下,α-Fe中刃型和螺型位错均做匀速滑移运动。温度一定时,位错的运动速度随剪切应力的增加而升高。刃型和螺型位错运动速度随温度变化的规律相反,刃型位错处于粘性拖曳阶段,速度随温度的升高而减小,而螺型位错处于热激活阶段,速度随温度的升高而增大。位错运动与富Cu团簇的相互作用过程中,位错引起团簇发生BCC-FCC或HCP的结构转变。位错脱离纯Cu团簇束缚时,对于小于临界尺寸4 nm的团簇,团簇结构恢复为以BCC结构为主,而大于临界尺寸的纯Cu团簇则保留位错位于团簇中时（阶段Ⅲ）的结构。Cu Fe混合团簇与位错的相互作用规律与4 nm以下纯Cu团簇一致。Cu Ni混合团簇中Ni壳促进了团簇的结构转变,降低了团簇结构转变的临界尺寸。计算了团簇对位错运动的临界应力,其大小与位错脱离团簇后（阶段Ⅴ）中团簇FCC和HCP结构的原子份数相关,FCC和HCP结构的原子份数越大,团簇的临界应力越大。（2）模拟了α-Fe中[110]倾转轴的两个对称倾转晶界,Σ9[110]（221）和Σ17[110]（223）晶界剪切耦合运动,并讨论了温度与应变速率对耦合运动的影响。研究表明,两种晶界的迁移方向是相反的,温度的影响在于高温时剪切耦合运动会伴随着晶界的滑移运动;应变速率对晶界的剪切耦合运动几乎没有影响。通过模拟结果计算了两种晶界剪切耦合运动的耦合因子,并建立了BCC金属中[110]倾转轴的对称倾转晶界剪切耦合运动与位错类型（<100>和<111>）相关的耦合因子的几何模型,经过验证以及结构单元分析,Σ9（221）和Σ17（223）晶界剪切耦合均属于<111>模式。研究了晶界剪切耦合运动富Cu团簇相互作用,团簇在一定程度上对晶界的迁移起到了阻碍的作用。团簇的尺寸越大,对晶界的束缚和阻碍能力越强。晶界会引起团簇发生由球形向椭球形的形状转变和由BCC向FCC,HCP或者无法识别的结构转变,1-3 nm尺寸的团簇在相互作用之后发生一定程度上的结构恢复,而4 nm团簇则保留转变后的结构。Cu Ni混合团簇中Ni壳增强了团簇对晶界迁移的阻碍能力。（3）模拟了拉伸条件下,[100]（001）,[110]（001）,[111]（112）三种不同取向裂纹的扩展过程,并讨论了温度对[100]（001）裂纹扩展过程的影响。三种裂纹均通过孪生机制释放裂纹尖端应力,其中[100]（001）裂纹扩展为[110]（110）孪生,而[110]（001）和[111]（112）裂纹为[111]（112）孪生。[100]（001）裂纹在高温条件下由于位错的双交滑移行为产生阶梯状的孪晶界,裂纹扩展过程中的峰值应力随着温度的升高而降低。通过模拟分析了[110]（001）裂纹扩展与富Cu团簇的相互作用,讨论了裂纹扩展方向和与裂纹呈45°方向两个位置的纯Cu团簇对相互作用过程的影响。团簇影响孪生,改变不全位错的滑移面,进而影响裂纹的扩展。对比两个位置的团簇裂纹的长度,裂纹扩展方向上的团簇展现出更好的抗断裂性能。解释了RPV钢与含Cu钢中Cu团簇对断裂性能的不同影响,Cu团簇的尺寸较小和服役温度较高是RPV钢Cu致脆化的主要原因。