本论文综述了纳米结构钢铁材料的强韧化方法、研究现状、力学性能、制备方法和铝热反应熔化法制备纳米结构钢铁材料的研究进展，通过实验研究了铝热法制备的块体纳米结构钢铁材料的硬度、压缩性能、拉伸性能、摩擦性能和高温力学性能，总结了沉积底材和含碳量对纳米结构材料性能的影响，概括为以下几条：1.在铜底材和玻璃底材条件下制得了纳米晶纯铁，其硬度和压缩屈服强度得到了明显提高，玻璃底材纯铁的晶粒尺寸小于铜底材纯铁的晶粒尺寸，玻璃底材纯铁的屈服强度高于铜底材纯铁的屈服强度。与普通纯铁相比，铜底材纯铁的抗拉强度高了43MPa而延伸率较低，玻璃底材纯铁的抗拉强度略有降低且塑性较差。玻璃底材纯铁的组织不够均匀，玻璃底材纯铁的抗拉强度和延伸率低于铜底材纯铁的抗拉强度和延伸率。铜底材纯铁的断裂为韧性断裂，玻璃底材纯铁的断裂为韧性和脆性混合断裂。2.所制备的20钢和45钢为纳米晶/微米晶双相碳钢，铁素体为纳米晶，珠光体为微米结构。铜底材和玻璃底材20钢的布氏硬度相对于普通20钢略有提高，铜底材和玻璃底材45钢的布氏硬度都低于普通45钢的布氏硬度。铜底材和玻璃底材20钢和45钢的屈服强度都有了明显提高。玻璃底材20钢和45钢的铁素体晶粒尺寸和珠光体层间距较小，其压缩屈服强度分别高于铜底材20钢和45钢的压缩屈服强度。铜底材20钢的组织较为均匀，其抗拉强度和延伸率高于铜底材20钢的抗拉强度和延伸率。玻璃底材45钢的组织较为均匀，其抗拉强度和延伸率高与铜底材45钢的抗拉强度和延伸率。铜底材20钢的断口为韧性断裂，玻璃底材20钢为脆性断裂，铜底材和玻璃底材45钢为韧性断裂。铜底材45钢经等温处理后，铁素体晶粒长大，其硬度和强度明显下降，延伸率升高。3.铝热法制备的T8钢的珠光体片间距较大。与普通T8钢相比，铜底材和玻璃底材T8钢的压缩屈服强度没有明显变化，抗拉强度有了很大下降，延伸率相差不大。铜底材和玻璃底材T8钢的力学性能相近，其断口呈河流状花样的解理断裂，为脆性断裂。从纯铁到T8钢，随着含碳量的增加，材料的强化效果逐渐减弱，而延伸率与普通材料相比差距逐渐减小。4.随着碳含量的增加，铝热法制备的白口铁的硬度、抗压强度和抗拉强度出现先增大后减小的趋势，而延伸率逐渐降低。与电弧炉制备的亚共晶白口铁相比，铜底材和玻璃底材亚共晶白口铁的硬度、抗压强度、抗拉强度和延伸率都明显较高，铜底材亚共晶白口铁的硬度、抗压强度和抗拉强度高于玻璃底材亚共晶白口铁的，玻璃底材亚共晶白口铁的延伸率较高为3%。铝热法制备的白口铸铁的断口为脆性断裂，但塑性得到了明显改进，铜底材亚共晶白口铁的摩擦因数随着载荷的增加而减小，磨损率随着载荷的增加而增大，载荷从60N增大到80N后，磨损率增加的趋势变缓。铜底材亚共晶白口铁在600℃时的屈服强度为273MPa，抗拉强度为344MPa，延伸率为2%。