高速钢是机械加工制造业的基础原材料之一,具有高硬度、高耐磨性及良好的红硬性等优点,广泛应用于高速切削工具、高载荷精密模具等重要领域。高速钢的优异性能与组织中存在的大量碳化物有关,因此,合金碳化物调控是高速钢性能调控的关键。现有高速钢实验设计研究,主要通过调整材料成分配比,改变碳化物结构及成分,优化碳化物特性,最终提升高速钢性能。但这一方法研发效率低、成本高,已不能满足现代材料设计的要求。本文采用第一性原理计算方法,研究Mo、W、V、Cr、Fe对MC和M₂C碳化物的稳定性及力学性能影响规律,以及对MC和M₂C与α-Fe界面稳定性影响规律,并通过一定的实验设计验证模拟计算结果的合理性。主要结果如下:（V,M）C碳化物的晶格常数计算结果表明,随着Cr和Fe原子数增加,碳化物晶格常数变小,而Mo和W原子数增加,晶格常数变大。结合能、弹性常数和态密度结果显示,Cr和Fe会降低碳化物的稳定性,W则会增加其稳定性,而Mo对稳定性影响不大。力学性质结果表明,随着W原子数增加,碳化物的杨氏模量先增加后减小,并在0.25处取到极值;而随着Mo、Cr、Fe原子数增加,碳化物的杨氏模量不断减小;另外随着W、Mo、Fe原子数增加,碳化物的硬度减小。弹性模量与硬度的计算结果与实验结果相吻合。（Mo,M）₂C碳化物的体积计算结果来看,随着V、Cr、Fe原子数增加,碳化物体积变小,而W原子数增加,碳化物体积无变化。结合能结果表明,Cr和Fe会降低M₂C碳化物的热力学稳定性,而W则会增加其稳定性,V稍微增加稳定性。（Mo,M）₂C的弹性模量结果显示,随着W原子数增加,三种结构的弹性模量变大,碳化物强度增大,这与实验结果相吻合;硬度结果表明,Fe原子会降低六方结构和正交结构M₂C的硬度,V原子会增加六方结构M₂C的硬度,但会降低正交结构M₂C的硬度;对三种不同形貌M₂C的TEM衍射斑点和三种不同结构的模拟衍射斑点进行对比得出,M2纤维状为结构1,M2片状为结构2,M42纤维状为结构3。热分解量和相变温度结果表明,这三种不同形貌M₂C碳化物热稳定性大小依次为:M42纤维状>M2片状>M2纤维状,另外随着Mo/Fe增大,M42纤维状M₂C热稳定性增加。因此热稳定性的实验结果与结合能的计算结果得到相互验证。MC/α-Fe的吸附功和界面能结果表明,Mo和Cr原子的引入,可能会增大MC/α-Fe界面的稳定性;Fe原子含量增多,可能会减小MC/α-Fe界面的稳定性;而W原子对MC/α-Fe界面的稳定性影响不大。M₂C/α-Fe吸附功和界面能结果表明,Cr原子的引入,可能会增大M₂C/α-Fe界面的稳定性;V、W和Fe原子含量增多,可能会减小M₂C/α-Fe界面的稳定性。MC/α-Fe和M₂C/α-Fe界面稳定性计算的结果与实验中不同温度回火下MC和M₂C成分变化基本相符。