传统的陶瓷颗粒增强金属基复合材料存在强度与韧性的倒置关系,限制了其进一步的发展。目前将各种构型设计引入复合材料成为解决强度与韧性不匹配的主要方法之一。本文研究了一种新型氧化铝颗粒（Al2O3p）/钢基分级构型复合材料,基体与增强相均分为Ⅰ级和Ⅱ级,即微米级Al2O3p（Ⅰ级增强体）首先与钢基体（Ⅰ级基体）形成毫米级复合球,复合球（Ⅱ级增强体）再与钢基体（Ⅱ级基体）形成整体复合材料,使增强相在复合材料中呈“非均匀”规律性分布,达到对材料强韧性的调控。通过常压铸渗方法制备了Al2O3p/钢基分级构型复合材料,主要研究了不同基体、不同基体调节微粉、不同预制体（Ⅱ级增强体预制体）球径及预制体排布方式对分级构型复合材料组织与压缩性能的影响,并对复合材料的开裂行为模式进行总结与探讨。主要研究结果如下:研究了预制体添加还原铁粉和Fe320合金粉对高锰钢基、40Cr钢基分级构型复合材料组织的影响。在四种不同成分复合材料中,Al2O3p在复合区中分散较为均匀,无明显缺陷,复合区中均发生了多种元素扩散和反应。当复合材料基体为高锰钢时,Mn元素的迁移十分明显,界面存在Mn2SiO4,Al2Fe Si相,同时存在微晶玻璃相Na2O·Al2O3·SiO2。当材料基体为40Cr钢时,界面存在AlxFexSix,Fe320合金粉中的Ni、Cr元素与Fe互相形成Fe-Cr、Fe-Ni固溶体。研究了预制体添加还原铁粉和Fe320合金粉对高锰钢基和40Cr钢基分级构型复合材料显微硬度的影响。微粉的加入改变了复合区内基体成分,从而影响了基体硬度。还原铁粉对高锰钢基复合材料显微硬度影响优于添加Fe320合金粉,因为还原铁粉的添加使得高锰钢基体中Mn元素被稀释,使得基体成分近似于中锰钢,经过热处理后,形成马氏体与奥氏体混合的金相组织,提高了基体的硬度。相反Fe320合金粉对40Cr钢基复合材料显微硬度影响优于添加还原铁粉。40Cr钢作为低合金钢,Fe320合金粉的加入,由于Ni、Cr元素在Fe的固溶,提高了基体的显微硬度。研究了预制体添加还原铁粉和Fe320合金粉对高锰钢基和40Cr钢基分级构型复合材料压缩性能的影响。对于高锰钢基复合材料,添加还原铁粉的复合材料压缩性能优于添加Fe320合金粉的,对于40Cr钢基复合材料则相反,添加Fe320合金粉优于添加还原铁粉。研究了不同预制体球径（6、7、8mm）与不同预制体排布方式（平行排列、错落排列）对还原铁粉-Al2O3p/高锰钢基分级构型复合材料压缩性能的影响。得益于分级构型的存在,当预制体球径减小时,材料屈服强度及抗压强度提高;预制体错落排列相较平行排列,复合材料能获得更优的压缩性能。研究了Al2O3p/钢基分级构型复合材料的开裂行为,总结了分级构型复合材料的开裂模式。裂纹最初萌生于预制体框架结点（球状预制体定位于铁丝网结点处,随后进行重力铸渗获得分级构型复合材料）与Ⅱ级增强相之间的宏观界面处,Ⅰ级基体和Ⅱ级基体分别从微观上与宏观上体现基体区对裂纹扩展具有显著的偏转与止裂作用,裂纹在塑性基体区扩展需消耗更多能量。分级构型复合材料强韧化主要归结于钢基体区与复合区之间的协同强化效应,钢基体一方面承受载荷,另一方面阻碍复合区框架中产生的裂纹扩展,具有吸能作用。