纳米富Cu团簇是引起核电站压力容器（RPV）钢脆化的主要机制之一，同时也是低强度高合金（HSLA）钢中提高自身强度和韧性有效方法之一。纳米富Cu团簇自上世纪六十年代以来就引起了广泛的研究。为了深入了解富Cu团簇的演化机制及其对基体材料力学性能的影响，可以通过提高钢中的溶质原子含量进行时效和连续冷却条件下早期富Cu团簇的析出研究。本文采用分子动力学方法，模拟了Fe-3at%Cu和Fe-3at%Cu-4at%Ni合金在时效及快速冷却过程中的早期析出行为。利用均方位移、径向分布函数、团簇数量尺寸统计、原子对分析技术及可视化等分析方法，对富Cu团簇的形成过程、富Cu团簇的结构、Ni对富Cu团簇析出的影响、富Cu团簇对基体局部结构及其力学性能的影响等方面进行了深入地研究。对分子动力学模拟研究中的部分结果采用第一性原理计算方法进行了补充解释和验证，这对深入理解钢中富Cu团簇的形成过程及其对基体材料结构性能的影响具有重要的意义。主要得到了如下结论：（1）在时效过程和连续冷却模拟过程中，富Cu团簇的形成过程均可以分为以下三个阶段：Cu和Ni原子局部聚集在一起形成溶质小团簇，这些小团簇是富Cu团簇析出的先驱体；小尺寸的富Cu团簇连接长大成更大尺寸的富Cu团簇，但其结构较为疏松；团簇结构收缩，Ni被排斥到富Cu团簇与基体的界面处，富Cu团簇的形态呈现棒槌形，结构为典型的核壳结构。（2）在时效和连续冷却过程中均发现Ni能连接小尺寸富Cu团簇长大成为大尺寸的富Cu团簇，促进富Cu团簇的形成、长大。在时效过程中，Ni增加了Cu的扩散速率，增大了富Cu团簇的平均直径尺寸。在连续冷却过程中，Ni增加了富Cu团簇的结构稳定性，在富Cu团簇的早期形成过程中具有一定的“钉扎”作用。（3）Ni对小尺寸富Cu团簇之间起到的“连接”作用，采用第一性原理计算方法进一步验证、计算分析，表明Ni处在富Cu团簇间的连接位置处时，模型体系的能量较小，这与Cu-Ni的第一近邻相互作用的数目密切相关。（4）连续冷却条件下模拟富Cu团簇的形成过程中发现bcc结构共面富Cu团簇与基体界面处发生晶格失配，产生位错引发局部应力集中造成周围局部晶格发生bcc到fcc的结构转变。局部结构转变区域其包含的结构及顺序为：局部结构转变区域中心为bcc区，然后是fcc区，在bcc和fcc晶格区之间还分布着大量的其它结构类型原子，最后是基体bcc结构。（5）应力应变曲线表明，大尺寸的富Cu团簇及其引发的局部结构转变降低了基体材料的屈服强度，使得基体材料的脆性增加。拉伸过程中的体系原子位置图表明富Cu团簇及其周围基体结构畸变区是材料发生破坏的首要位置。