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近年来,汽车、军事、建筑等领域对材料轻质化的要求越来越高,具有良好强塑性的低密度钢是钢铁工业未来的发展方向。作为最常见的低密度钢材料,Fe-Mn-Al-C系低密度钢中主要的合金元素对材料相结构、两相的界面关系和变形机制的影响有着重大的研究意义。而利用实验难于在原子尺度深层次的对上述问题进行研究。因此本文通过构建Fe-Mn-Al-C系低密度钢晶体结构模型,利用第一性原理计算的方法,结合实验结果深入研究了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的晶体结构稳定性、界面的结合性能以及变形机制。得到以下结论:（1）实现了Fe-17Mn-10Al、Fe-27Mn-10Al、Fe-30Mn-7Al三种低密度钢材料的制备,并通过排水法测得三种钢的密度分别为6.73g/cm3、6.67g/cm3和6.80g/cm3。此外,通过对这三种成分材料的晶体结构模型进行第一性原理计算发现,Al元素可以有效扩张晶体的晶格参数,又因其具有较小的原子质量,因此减重效果更显著。且通过第一性原理计算得到的密度值与实验值非常接近,说明计算结果具有很高的可靠性。（2）通过XRD分析与组织形貌观察发现Fe-30Mn-7Al钢为单相奥氏体结构,晶粒尺寸较小。而Al含量较高的两种钢为双相结构。其中Fe-17Mn-10Al钢中第二相为B2相,以等轴晶和板条状结构分布于晶界及奥氏体晶体内部。而Fe-27Mn-10Al钢的第二相为铁素体相,以岛状分布于奥氏体基体中。（3）通过对不同合金成分的奥氏体晶体结构模型进行第一性原理模拟计算发现,随着Mn含量增加,奥氏体的结合能降低;相邻的Fe和Mn原子相互作用增强,奥氏体结构稳定性增强。而随着Al含量的增加,奥氏体的结合能升高,且在Fe-Mn-Al-C体系中,随Al元素的变化较Mn元素明显;态密度图像中峰值降低;Fe与Al原子相互作用减弱,奥氏体结构稳定性显著降低。此外,C原子可以与周围Fe原子形成强烈的共价键,且随着C原子数量增多,奥氏体的结合能明显降低;有新的成键峰形成,说明C可以显著增强奥氏体结构稳定性。（4）通过准静态拉伸试验发现Fe-27Mn-10Al钢具有最高的屈服强度,其值为1309.2MPa。通过计算奥氏体模型的错配度发现,随着Al元素含量增加,晶体活性增强,易于生成第二相,使得材料强度增加。通过拉伸模拟发现当Fe-Mn-Al-C体系中Mn的质量分数在17-27之间时,Mn元素可以提高奥氏体强度。（5）通过分析EBSD结果发现,Fe17Mn-10Al低密度钢中奥氏体与B2相的位相关系为{111}γ//{101}B2。而界面模型的电子特性揭示出,Mn和Al原子在两相界面处与Fe原子的相互作用较Fe原子间相互作用更强,有效地增加了界面的结合强度。同时通过界面模型的拉伸模拟发现,界面处抗拉强度远低于奥氏体基体,说明两相界面处是体系中的薄弱部分。（6）通过观察高应变率下动态压缩试样的组织形貌发现,Fe-17Mn-10Al低密度钢中有板条状马氏体生成。而在Fe-27Mn-10Al和Fe-30Mn-7Al钢中未发生马氏体相变但均有位错微带存在,说明发生了微带诱导塑性变形。且在Fe-30Mn-7Al中还出现了孪晶组织,说明存在孪晶诱导塑性变形。通过对不同合金成分的马氏体晶体结构模型进行模拟计算发现,马氏体相变温度随Mn含量的增加而降低,随Al含量的增加而升高。而随着Mn和Al含量的增加,层错能均增加。说明Mn不利于马氏体的生成而Al对马氏体相变的影响具有两面性。