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高熵合金摒弃了以单一元素为基体的合金设计理念,是一种以多种主要元素为特点、具有优异力学性能和功能特性的新型金属结构材料。相稳定性和强韧化是发展高强高韧高熵合金面临的首要基础科学问题。当前对高熵合金相稳定性的理解主要集中于多主元固溶体的相选择规律,而单相高熵合金的热力学稳定性尚不明确。针对高熵合金强韧化的研究也多局限于复制传统合金的强韧化手段,对高熵合金本身强韧化机制的理解仍有待深入。本文以Ni-Co-Cr-Fe基高熵合金为对象,采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、三维原子探针、X射线衍射及力学性能测试等方法,系统研究了面心立方结构（FCC）单相高熵合金的相稳定性,评价了高熵合金的细晶强化、固溶强化和沉淀强化效果,阐明了不同强化手段的内在机制,并综合不同强化机制研发了新型高强高韧的高熵合金。具体的研究内容和主要结论如下:（1）结合实验验证与计算相图模拟,分别评价了混合熵、热力学温度及混合焓对Ni-Co-Cr-Fe基高熵合金相稳定性的影响。结果表明,Ni-Co-Cr-Fe系单相高熵合金存在由3个成分自由度决定的单相区间;温度对合金相稳定性有至关重要的影响,当温度从900oC下降至750oC时,Ni Co Cr Fe高熵合金固溶体相由稳态变为亚稳态;混合焓的轻微变化将导致Ni Co Cr Fe高熵合金中有多种金属间化合物析出。综合分析表明,不同相吉布斯自由能的竞争作用是决定高熵合金相稳定性的关键因素。（2）揭示了Ni2Co Cr Fe单相高熵合金的细晶强化机制。Ni2Co Cr Fe高熵合金的屈服强度与晶粒尺寸的平方根倒数成正比,得到了其霍尔-佩奇系数Ky=412MPa·μm1/2。随着晶粒尺寸的减小,Ni2Co Cr Fe高熵合金的塑性先增加后减小。晶粒尺寸通过影响合金变形时位错运动模式及位错结构的演化而影响高熵合金的加工硬化行为和塑性。（3）明确了Ni2Co Cr Fe单相高熵合金的固溶强化机制。一定晶粒尺寸下,固溶元素的添加不仅提高了Ni2Co Cr Fe高熵合金的强度,同时也增加了合金的塑性。采用稀溶液固溶强化模型分析了高熵合金的固溶强化效应,结果表明高熵合金中固溶强化效果优于传统稀溶液合金,这主要是因为高熵合金的多种主要元素导致短程有序结构的存在。固溶元素的加入通过改变晶格摩擦应力、调整合金层错能及促进短程有序结构的形成等方式提高了高熵合金的加工硬化能力,最终在提高合金强度的同时也提高合金的塑性。（4）提出了基于价电子浓度的高熵合金沉淀相设计准则。以高熵合金的整体价电子浓度为标准,当其值大于8.4且固溶元素主要为VB族元素时,合金容易析出γ"相;当其值介于8.4和8之间且主要固溶元素为Ti和Al时,合金倾向于析出γ′相。基于上述准则设计了性能优异的γ′强化型Ni2Co Cr Fe TixAly高熵合金和γ"相强化型Ni2Co Cr Fe Nb0.15高熵合金。（5）探索了不同沉淀相的强化机制。γ′相以有序强化机制为主导。Ti/Al比是调控高熵合金中γ′相析出行为及强化效果的关键因素。在Ti、Al总摩尔含量不变时,Ti/Al比越高,γ′相的体积分数越大,界面错配度越大,反相畴界能越高,γ′相的强化效果越好,合金的强度越高。γ"相的强化机制以有序强化和共格强化共同主导。相同体积分数的γ"相具有比γ′相更好的强化效果,其原因在于γ"相具有更大的晶格错配度和更高的反相畴界能。（6）通过调控“冷轧-再结晶-沉淀析出”三者的动力学关系获得了多相多层级结构,评估了多相多层级结构高熵合金的力学性能。多相多层级结构良好地结合了细晶强化、固溶强化、沉淀强化、应变强化以及梯度结构强化等机制,获得了良好的综合力学性能。Ni2Co Cr Fe Ti0.18Al0.12高熵合金经冷轧70%后再800oC热处理30～60 min后,获得屈服强度高于1.2 GPa,拉伸强度1.5 GPa和拉伸塑性高于15%的优异综合力学性能。