激光粉末床熔融(LPBF)工艺凭借其高成形精度与复杂结构可制造性，为镍基高温合金带来新的组织设计范式，但其快速冷却与层间再加热导致第二相演化显著偏离传统工艺。本文系统总结了LPBF镍基合金中多类型第二相(γ′相、γ″相、拓扑密排(TCP)相、MC/M₂₃C₆碳化物及弥散氧化物)的形成和演化机制，构建了工艺参数→熔池→凝固亚结构→沉淀的因果框架，揭示了非平衡偏析和循环热历史引发的回溶、再析出与粗化序列，并阐明其在沿高度方向形成沉淀梯度中的作用。综合LPBF实验、后续热处理与多尺度模拟结果，归纳出稳定γ′/γ″相、抑制Laves/δ/TCP相的热处理窗口；指出碳化物与氧化物对晶界钉扎和高温稳定性的贡献及过度连续化导致的脆化风险；阐明γ′/γ″协同强化对蠕变/疲劳性能的提升以及γ″相向δ相转变的服役隐患。进一步讨论了热等静压、分级时效与扫描策略在沉淀相均匀化和缺陷控制中的协同作用。最后，提出了多相协同控制、跨尺度预测与过程-组织-性能一体化设计的关键挑战与发展路线。

在“双碳”目标的推动下，轨道交通装备轻量化已成为行业发展的重要趋势。其中，制动盘作为制动系统的关键部件，其轻量化需求尤为突出。SiC_p增强铝基复合材料凭借低密度、高热导率和优异的耐磨损性能，成为替代传统铸铁制动盘的理想选择。近年来，SiC_p增强铝基复合材料制动盘已逐步在运行速度达120 km/h的城市轨道交通中实现批量化应用。然而，由于SiC_p增强铝基复合材料在高温稳定性方面仍存在技术瓶颈，在运行速度140 km/h及以上市域铁路上尚未取得应用突破。围绕上述问题，本文系统介绍了轨道交通领域SiC_p增强铝基复合材料制动盘的研究进展与工程应用现状，重点分析了其制备技术、核心性能、应用效果及评价标准，并探讨了未来研究发展方向。

奥氏体不锈钢因其良好的综合性能、成熟的制造工艺以及在压水反应堆中数十年的服役经验，是第四代核电反应堆核心部件的候选材料。然而，在长期高温、强辐照环境下，奥氏体不锈钢暴露出蠕变强度不足、组织稳定性较差、辐照脆化敏感性较高等不足。近年来，Nb元素的合金化可有效调控奥氏体不锈钢的第二相析出行为及辐照缺陷的形成和演化过程，有望实现高温蠕变性能与抗辐照性能的同步提升，成为开发新一代耐高温、抗辐照、长寿命奥氏体不锈钢的重要途径。本文系统综述了Nb稳定化奥氏体不锈钢在四代核电领域的研究进展，重点从高温蠕变性能和抗辐照性能提升的角度，回顾了其成分设计与优化的发展历程及应用现状，分析了Nb添加对奥氏体稳定性、初生NbC形成机制以及含Nb第二相析出和强化机制的影响，探讨了其对强韧性、蠕变强度、高温组织稳定性、辐照诱发缺陷演化的调节机制，并对未来Nb稳定化奥氏体不锈钢的发展进行了展望。

超高强度(≥ 3.0 GPa)、超细丝径(≤ 16 μm)不锈钢微丝是制备太阳能光伏电池丝网印刷的关键材料，其国产化是突破光伏产业关键瓶颈的重要方向。目前，抗拉强度≥ 3.5 GPa、丝径≤ 11 μm的不锈钢微丝技术主要由日本、德国等国垄断，是我国光伏产业自主化的“卡脖子”难题。超细丝径微丝具有极大应变和极小尺寸的特征，呈现三维层状结构及异构组织。二维表征技术难以全面反映其微观组织演变规律，且目前缺乏成熟的三维表征技术和标准，制约了微丝的国产化进程。本文围绕金属丝材的表征技术体系，从微观组织、力学性能及服役表现三个层面，综述微丝表征方法的研究进展和局限，并对多尺度、三维原位表征技术的应用进行展望，以期为超高强微丝的性能优化和国产化替代提供技术支撑。

作为航空、航天及重大装备的关键结构材料，超高强度钢的轻量化与高性能化是相关领域发展的核心需求。然而，传统超高强度钢长期面临高强度与高韧性、良好焊接性与耐蚀性难以协同，以及高合金成本制约其广泛应用等问题。为应对上述问题，本文系统梳理了低合金超高强度钢、二次硬化钢、马氏体时效钢及沉淀硬化不锈钢等传统超高强度钢的发展历程、成分、组织和性能特征，进而重点综述了通过复合纳米析出相调控和多相复合组织设计两类路径开发的新型超高强度钢的研究进展，特别探讨了“混杂化(hybrid)”设计新理念在突破传统钢种界限、融合多相强化机制，以及研制低成本、高性能、易焊接“全能型”超高强度钢方面的潜力与初步实践。详细阐述了超高强度钢中析出相演变规律和强化机理研究现状。最后，对超高强度钢的未来发展方向，特别是在复杂析出相协同调控、高温稳定性及产业化应用等方面的挑战与机遇进行了展望。

采用激光粉末床熔融(LPBF)技术制备高性能304L不锈钢时，其力学性能高度依赖复杂工艺参数的协同作用，但传统试错法因参数空间高维、变量耦合而面临成本高、效率低及显微组织调控困难的挑战。本工作提出了一种基于堆叠(Stacking)集成学习模型、可解释机器学习(SHAP方法)与多目标优化(NSGA-II-TOPSIS算法)相结合的混合智能策略，实现了对采用LPBF技术制备的304L不锈钢拉伸性能的高精度预测和协同优化，确定了最佳工艺参数窗口，并结合多目标优化算法获得了强塑性最优解。结果表明，该Stacking集成模型在抗拉强度、屈服强度和断后延伸率三项力学性能指标的预测精度、泛化能力和稳定性方面均显著优于单一模型，激光功率是同时影响三项力学性能的主导因素。实验结果与模型预测结果高度一致，且采用优化工艺制备的试样具有细小均匀的胞状亚结构、较高的位错密度以及高比例孪晶界，实现了晶界强化与位错强化的协同作用。

CrCoNi中熵合金拥有超越大多数fcc多主元合金和传统合金的优异综合力学性能，具有巨大的发展潜力以及广泛的应用前景。为确保该合金的长期稳定且安全使用，有必要充分探索其疲劳特性和损伤机理。细晶强化是该合金的主要强化方式，明确不同晶粒尺寸下孪晶界疲劳的开裂规律对减少沿晶疲劳开裂、提高材料疲劳性能具有重要意义。本工作采用滑移形貌法研究了两种晶粒尺寸CrCoNi中熵合金在低周疲劳条件下的孪晶界疲劳开裂行为。结果表明，对于任意给定的晶粒尺寸，CrCoNi中熵合金从滑移带开裂到孪晶界开裂之间的转变随着基体与孪晶之间Schmid因子差的增加而变化；随着孪晶界两侧滑移带Schmid因子差的增加，孪晶界面开裂变得更加容易。孪晶界开裂所需的Schmid因子差随晶粒尺寸增加而减小；随着晶粒尺寸增加，较小Schmid因子差使孪晶界附近产生较大的位错塞积，导致孪晶界损伤加剧而易疲劳开裂。

在焊接热循环过程中，Mn / N质量比对节Ni型双相不锈钢(DSS)的转变奥氏体形成、析出相形成和两相(δ和γ相)比例有较大影响，探究其对多道次焊接热影响区(HAZ)组织转变的影响有利于改善HAZ的综合力学性能。本工作基于2205 DSS对比研究了Mn / N比对DSS固溶态和多道次焊接热影响区(HAZ)组织演变和力学性能的影响。结果表明，高的N含量(Mn / N比为3.77)促进HAZ形成了高体积分数(58.7%)的部分转变奥氏体(PTA)，其抗拉强度和延伸率分别为836 MPa和39.5%，具有高的强塑性。Mn / N比增至17.80时，HAZ中δ/γ相界上形成胞状Cr₂N，魏氏体奥氏体(WA)数量增多导致相界附近铁素体位错墙的形成，使延伸率相对固溶态明显降低。高Mn / N比(65.91) DSS的HAZ中晶界转变奥氏体(GBA)数量先增后减，晶内奥氏体(IGA)和WA数量增多，抑制了Cr₂N析出且强塑性降低。与2205 DSS (Mn / N比为3.06)相比，较低Mn / N比DSS焊接HAZ冲击断口以脆性断裂为主。当Mn / N比为3.77时，高N固溶和Cr₂N析出对奥氏体相的共同强化增大了DSS中HAZ两相硬度差，且大尺寸(Cr, Mn)O夹杂也一定程度促进了裂纹萌生，使其冲击功降至24.2 J。高Mn / N比则会导致HAZ中形成较多的GBA和WA分割细化铁素体，形成细小IGA而阻碍裂纹扩展，且少量细小σ相的析出提高了铁素体硬度，降低两相硬度差，冲击功增加至134.8 J。

针对Cu-Ni合金在流动海水中承受多重应力耦合作用时易发生微观结构劣化与动态失效的关键问题，本工作以管路系统广泛应用的B10 Cu-Ni合金为研究对象，研究了其在复杂服役环境下的微观结构演变规律与动态失效特征。采用实验与模拟计算相结合的研究策略，通过分子动力学(MD)方法构建了合金/海水溶剂化模型，重点研究了海水流速、压力及其耦合作用对B10 Cu-Ni合金微观结构演变及其腐蚀动力学过程的影响机制。结果表明，Cu-Ni合金的腐蚀过程受多步耦合的Cu原子迁移-溶解能垒控制。基于密度泛函理论(DFT)的计算分析表明，随着海水压力从0.1 MPa增至12 MPa，迁移-溶解能垒由1.76 eV降至1.54 eV，腐蚀速率显著提升。此外，随着海水流速的增加，合金(111)晶面产生原子级轴向弹性拉伸应变，迁移-溶解能垒进一步降低，存在使腐蚀加剧的临界流速(4 m/s)。在海水流速与压力耦合作用下，迁移-溶解能垒进一步减小，功函数降低，腐蚀动力学过程显著加快。模拟计算所得的腐蚀速率常数与实测腐蚀速率的变化趋势基本一致，有效实现了对B10 Cu-Ni合金在实际工况环境下动态失效过程中腐蚀倾向的评估与预测。

在高品质钢的生产过程中，二次精炼的最后阶段通常是钢包静置过程，以促进夹杂物的上浮去除，从而提高钢液的洁净度。本工作首先通过工业试验调研了钢包吹氩密封成分调整(CAS)精炼生产商用热轧低碳钢(SPHC低碳钢)时，钢包静置过程中夹杂物数密度和面积分数的演变。随后采用离散相模型建立了钢包静置过程中夹杂物运动和去除的数值模型。实验结果表明，随着静置时间的增加，夹杂物逐渐上浮并被去除，其数密度和面积分数分别从静置开始时的52.8 mm^-2和279 × 10^-6下降至静置15 min后的22.1 mm^-2和148 × 10^-6。计算结果表明，在钢包静置过程中，直径小于10 μm的夹杂物主要跟随钢液流动，钢包静置900和1800 s后的夹杂物去除率分别为51.6%和66.7%；直径为100 μm夹杂物的运动受到钢液流动和自身上浮的双重作用，钢包静置900和1800 s后其去除率分别为70.2%和89.2%；直径为1000 μm的夹杂物主要是自身上浮运动，在钢包静置120 s后其去除率已接近100%。

Cu/Ta纳米双层膜常被用于半导体和微电子器件等领域，在复杂服役环境下会发生变形损伤，导致微尺度设备或器件失效，因此有必要研究Cu/Ta纳米双层膜的拉伸变形行为。本工作采用分子动力学模拟方法研究了Cu/Ta纳米双层膜的拉伸性能及变形机制，并且通过在Cu层中掺杂Al或W原子研究掺杂原子对其变形行为的影响。结果表明，拉伸方向对Cu/Ta纳米双层膜的塑性变形方式有较大影响；在掺杂Al或W原子后，Cu/Ta纳米双层膜的屈服强度增加；掺杂W原子的Cu/Ta纳米双层膜在平行于界面方向拉伸时出现两种取向的堆垛层错，在垂直于界面方向拉伸时Cu层发生fcc→bcc的相变。

新型Ni-Mn-Ti全d族Heusler合金表现出优异的弹热效应和力学性能，在功能材料领域具有广阔的应用前景，但由于其奥氏体母相和马氏体相均呈现弱磁性而丧失了传统Ni-Mn基合金的显著磁热效应。本工作通过第一性原理计算研究了Co、Si共掺杂调控Ni-Mn-Ti合金的马氏体相变、磁性能和力学性能。结果表明，掺杂的Si原子倾向于占据Mn亚晶格格点，Co和Si原子在合金中表现出聚集趋势。Co含量的增加导致奥氏体从反铁磁状态转变为铁磁状态，而马氏体则保持反铁磁状态，使其在特定成分下观察到磁-结构耦合转变，这对实现显著的磁热效应至关重要。Si原子掺杂可显著提高合金的强度，同时降低其韧性；Co、Si共掺杂Ni-Mn-Ti合金相比于三元合金在整体上表现出较高的强度。最后，探讨了合金的电子态密度(DOS)以阐明实验中观察到的马氏体相变和磁性能改变的物理机制。