Ni3Al金属间化合物具有高熔点、低密度和良好的抗氧化性等特点,非常适合在高温环境下服役,然而,金属间化合物普遍存在的室温脆性问题极大地限制了其实际应用。因此本文通过“团簇加连接原子”模型对Ni3Al金属间化合物进行成分和结构解析,并据此进行了合金成分设计,意在保证Ni3Al基金属间化合物高强度的同时,改善其在室温下的脆性。并且通过对比分析不同成分的合金的微观组织和性能,得出合金成分设计对微观组织和性能的影响,以此为有效改善Ni3Al金属间化合物的室温强度和塑性提供一种有效的设计思路。本文依据Ni3Al金属间化合物的团簇成分式[Al-Ni12]Al3,通过Co、Fe部分取代团簇壳层上的Ni原子,Ti部分取代连接原子Al原子,将其编号为1#、2#、3#、4#、5#和6#合金,并对这六种合金的铸态和退火态的显微组织及力学性能进行了表征,结果表明:通过“团簇加连接原子”模型设计得到的六种合金室温铸态的压缩屈服强度均比Ni3Al金属间化合物的屈服强度高,其中屈服强度最大的1#合金可以达到1350 MPa,在强度提高的同时,其塑性也有一定的改善,最大压缩率可以达到29%;6#合金的屈服强度最低也可以达到900 MPa,同时室温的最大压缩率达到了37%左右;设计得到的合金室温下的硬度比Ni3Al金属间化合物的硬度高三倍有余,最大可以达到近560 HV。通过对其铸态组织的观察可以得知,所有成分的合金在铸态下的显微组织均为枝晶、枝晶间和第三相构成,第三相由于其晶面间距很大,难以确定其具体的成分,但可确定其富集Co、Ti和Fe元素,全部成分的合金的晶体结构都是FCC+BCC结构。通过后续TEM的分析可知,合金的FCC结构中有γ′相的析出。合金所展现的高强度和硬度的原因是BCC相的析出、原子替换产生晶格畸变而诱发的固溶强化以及γ′的存在;塑性有所改善的原因是因为FCC结构的存在以及B元素的偏析。合金在不同退火条件下,显微组织主要是由γ+γ′基体相和β相,同时在基体上产生一些黑色相,并且在这些相中富集B元素,在Ni Al相中会产生一些沉淀,通过元素的分布及数值对比,可以确定是与基体相同的相。合金在退火之后,强度和硬度下降,而塑性则有所提高。