镍基合金有着广泛的工业应用,随着工业技术的进步,业界对镍基合金的综合性能提出更高的要求,尤其是很多应用要求更高的强度。通过强烈塑性变形方法（SPD）制备纳米晶合金,可以在不额外添加合金元素的前提下实现材料强度的数倍提升,因此,该方法成为制备纳米晶材料的一个重要手段。采用诸如等径角挤压、高压扭转等传统SPD技术难以实现纳米晶镍基合金的大规模制备,轧制方法是最常用、最理想的工业化生产板材的方法。目前,鲜有关于大变形轧制制备纳米晶镍基合金及其组织演变、力学性能变化的系统性研究。本研究以新型低成本Al_1.3¹.9Ti_1.2¹.6Nb_0.5Mn_0.6W_1.0Mo_0.2 Si_0.1Zr_0.02C_0.03B_0.004Fe_20³0Cr_20²5Ni_bal（wt.%）合金为研究对象,采用98.3%大变形轧制制备了纳米晶镍基合金薄板,系统研究了退火对纳米晶镍基合金组织演变及力学性能变化的影响,探讨了纳米晶镍基合金中γ?相的析出行为及其对纳米镍基合金高温热稳定性的影响,通过组织调控制备了高强高塑的多尺度镍基合金。本文利用室温大变形轧制（98.3%变形量）制备平均晶粒尺寸为⁵0 nm的纳米晶单相镍基合金,其屈服强度可达1455 MPa,为轧制前粗晶合金屈服强度的5.7倍（253 MPa）。定量研究了冷轧单相纳米晶镍基合金中各强化机制对屈服强度的贡献,细晶强化和位错强化对材料屈服强度的贡献分别为723.7 MPa和602.7 MPa。此外,通过研究不同变形量轧制镍基合金的微观组织特征,发现当轧制变形量为44%时,基体的原始粗晶变成几十到几百纳米宽的孪晶-基体相间的层片组织,变形量大于79%,基体中形成超细晶、纳米晶晶粒。研究了退火工艺对纳米晶镍基合金组织及力学性能影响,揭示纳米晶镍基合金中γ?相的析出行为及其强化机理,研究微细晶镍基合金中的上下屈服平台效应。纳米晶镍基合金中γ?相分布不均匀,优先在晶界处和晶粒内部高位错密度处析出;且γ?相尺寸大小呈双峰分布,晶界处原子扩散较快,附近γ?相尺寸更大,晶粒内部γ?相尺寸则较小。以冷轧纳米晶合金经700℃退火1h样品为例,定量分析了退火态纳米晶镍基合金的强化机制,γ?第二相强化对屈服强度贡献最大为683.3 MPa,位错强化、细晶强化对屈服强度贡献分别为424.3 MPa、461.9 MPa,计算得到材料的屈服强度为1749.3 MPa,与实际测得的结果较好吻合（1827 MPa）。研究微细晶镍基合金中的上下屈服平台效应,验证了晶粒尺寸、初始位错密度对该现象的影响,在低初始位错密度的合金中,晶粒尺寸处在0.81².11μm范围内的样品,在静态拉伸过程中会出现上下屈服平台效应。选取晶粒尺寸为0.91μm的样品为研究对象,通过调控基体中初始位错密度,研究了初始位错密度对上下屈服平台效应的影响,发现具有高密度初始位错的预拉伸样品中屈服平台现象消失了,退火后具有低初始位错密度的样品中该现象重新出现。研究了纳米晶镍基合金的高温稳定性,发现了其高热稳定性机理,在高热稳定性研究基础上,制备了高强高塑的多尺度镍基合金,研究了其高强高塑机制。纳米晶镍基合金具有高的热稳定性,其热稳定温度为700℃（⁰.62T_m）,纳米晶镍基合金700℃下退火300 h后合金的平均晶粒尺寸仅为¹80nm,γ?相的平均尺寸由³1 nm长大至⁵0 nm。研究发现纳米晶镍基合金基体的高温长时间稳定性归因于γ?相对纳米晶晶界的持续“钉扎”作用,纳米晶合金基体中大量的晶界和位错能促使γ?相快速析出,在晶粒快速长大之前对晶界产生“钉扎”作用,阻碍基体晶粒长大,使合金表现出高的热稳定性。通过低温时效结合高温短时保温的两段热处理工艺（600℃/10h+950℃/5min）,得到由微米晶粒-超细晶粒-纳米析出相三组元构成的多尺度镍基合金,发现多尺度镍基合金具有比冷轧纳米晶镍基合金更好的综合性能,多尺度合金的屈服强度为1534 MPa,延伸率为9.8%,优于冷轧纳米晶合金的屈服强度1455 MPa、延伸率2%,其优异的塑性归因于塑性变形中粗晶与超细晶的协调作用,高的屈服强度主要归因于基体中超细晶晶粒和大量纳米析出相。