近α和α + β两相钛合金是航空、航天关键工程领域的核心材料。提高钛合金锻件性能，特别是大型锻件的性能稳定性一直是工程领域的研究热点。钛合金锻件中普遍存在微织构，严重降低了锻件的疲劳等关键性能，是制约钛合金锻件综合性能的关键因素之一。通过优化热加工工艺提高材料晶体取向分布均匀性是进一步改善合金性能的可行手段。本文综述了钛合金锻件微织构产生原因以及潜在的负面影响，并讨论了其控制措施。最后，针对改善钛合金锻件组织均匀性进行了展望。

6XXX系时效强化铝合金工程应用价值显著，但尚缺乏系统性的从微结构模拟到性能预测的计算框架。本工作旨在构建完整的多尺度计算流程，根据晶体塑性理论对6XXX铝合金设计了一个基于物理机制从微结构演变到塑性大变形力学响应分析的全序列计算模型。以“结构-性能”关系为切入点，将晶粒尺寸和形貌、析出相和固溶相信息、晶界无析出带特征等对力学性能的主要影响因素考虑在内，通过几何建模、构建本构关系的方式建立模型，对6XXX铝合金的力学行为进行描述。使用Kampmann-Wagner Numerical (KWN)方法模拟析出相的尺寸分布和体积分数演变并追踪固溶相含量；基于位错密度的材料强度学本构理论持续追踪屈服强度和加工硬化等特性随时效时间变化的规律；给出了晶界无析出带的强度贡献计算方法和几何建模策略；基于晶体塑性有限元方法模拟了塑性变形行为并获得应力-应变曲线。本工作分析流程已拓展为了对各类铝合金材料研究具有普遍适用性的晶体性能计算工具包，本文介绍了该工具包的特点与功能。

针对大尺寸涡轮盘固溶后处理冷却速率受限的问题，以直径1500 mm的GH4706合金盘锻件为对象，研究了980 ℃固溶4 h后分别进行空冷(AA)、炉冷至825 ℃稳定化处理后空冷(FSA)、炉冷至825 ℃后空冷(FA)和炉冷至825 ℃后石棉冷却(FAs) 4种固溶后处理对合金时效析出相演化特征及力学性能的影响。结果表明，降低980~825 ℃间的冷速，促进了晶界η相的析出和长大，消耗了Ni、Ti元素，抑制了大尺寸η相周围γ'/γ"相析出，形成了胞状组织；降低825~600 ℃间的冷速，显著加速了γ'/γ"相长大呈立方状；FSA、FA和FAs处理后胞状组织体积分数分别为4.1%、1.0%和1.8%。AA和FA处理基本不影响合金的室温拉伸性能，FSA处理小幅降低了合金的拉伸塑性，FAs处理大幅损害了合金的室温屈服强度。胞状组织加速了室温冲击时合金中裂纹的形成和扩展，造成FSA处理合金冲击韧性较AA处理降低64%。但胞状组织可阻碍合金650 ℃持久实验过程中裂纹扩展并抑制微孔长大聚集，提高了合金的持久寿命。FAs处理时由于大尺寸γ'/γ"相降低了合金强度，从而缩短持久寿命。FA处理使合金析出了适量的胞状组织，显著提高了合金持久寿命，同时保持良好的室温拉伸和冲击性能，具有优异的综合性能。

超高温、极低温和强辐照是航空、航天、核能和深海装备等在服役过程中面临的极端工况。传统单一主元合金因相稳定性不足、低温韧脆转变及缺陷演化失控，性能已逼近极限，成为制约高端装备升级的核心瓶颈。高熵合金凭借多主元耦合的高构型熵、晶格畸变和化学短程有序，在极端条件下具有高热-力学稳定性、优异低温韧塑性和抗辐照损伤能力，被视为最具突破性能边界潜力的合金体系。本文系统梳理了高熵合金作为极端环境结构材料的潜力和挑战，围绕超高温、极低温和强辐照三类典型场景，剖析其性能优势并揭示高熵效应的作用机制。最后，总结关键瓶颈并提出发展路径，为高熵合金从实验室走向工程应用提供参考。

GH4169材料广泛应用于航空航天、核电和石油化工等领域，传统加工方式难以满足复杂结构零件的高性能及快速制造需求，选区激光熔化(SLM)提供了一种新的制造方法。SLM成型过程中的高温度梯度和高冷却速率与传统制造方法显著不同，有必要对热处理后SLM成型GH4169高温合金的微观组织演变和力学性能进行研究。本工作采用SLM技术制备GH4169高温合金，分析讨论了打印态以及直接时效和固溶时效热处理后GH4169高温合金的微观组织和力学性能，通过不同热处理状态合金的相结构分析，建立显微组织与力学性能的构效关系。结果表明，打印态合金组织主要以γ基体和Laves相为主；直接时效后基体内部有γ′/γ″相析出；固溶时效后Laves相发生溶解，有大量尺寸小于1 μm的δ相析出，并均匀分布在晶内和晶界，基体内部γ′/γ″相分布更加均匀。SLM成型GH4169高温合金的显微硬度为311 HV，室温抗拉强度为961 MPa，屈服强度为649 MPa。热处理后，合金的硬度和强度均显著提升，其中固溶时效态合金的显微硬度为518 HV，室温抗拉强度为1393 MPa，屈服强度为1233 MPa，高于对应的锻件材料。550、650和750 ℃高温拉伸性能结果表明，热处理态样品在650 ℃的高温强度满足相应锻件标准。由于SLM成型过程中的温度梯度大、冷却速率高，制备的GH4169试样具有精细的胞状和柱状枝晶结构，晶粒尺寸小，位错密度高，热处理后有γ′/γ″强化相析出，由细晶强化、位错强化和沉淀强化作用机制共同提高了GH4169高温合金的力学性能。

“异质结构”或“异构”作为强韧化领域前沿构型范式，为突破金属材料的强度、塑性与韧性等难以兼顾的矛盾提供了全新的解决思路。受天然材料的跨尺度构筑启发，本研究团队提出了仿生“多级层片异构”的协同设计策略，且实现了更突出的强-塑-韧性同步提升。本文主要聚焦本研究团队多年来在多级层片异构金属材料方面的研究进展，提炼了仿生鱼骨型、微层片遗传型、蚕茧位错网型等典型多级层片异质结构的理念、设计原理和强韧化机制，重点回顾了如何有效突破不可控裂纹、超细晶组织以及高密度位错诱导的强塑性掣肘难题，并将该新型异构策略和相应的突出性能改善成功拓展至多金属体系，制备出新一代高铁关键接触线材，综合性能国际领先。最后，展望了更先进的多级层片异构材料的开发及未来潜在发展方向。

高氮奥氏体不锈钢凭借良好的综合性能和绿色、价廉等特点成为钢铁行业的重要材料。然而，其室温屈服强度较低，难以满足大载荷应用需求，亟待开发具有高强度和良好塑性的高氮奥氏体不锈钢。本工作以名义成分为Fe-18.87Cr-10.09Mn-1.12Ni-0.53N-0.18Si-0.04C (质量分数，%)的高氮奥氏体不锈钢作为研究对象，在液氮温度下对其施加压下量为10%的深冷轧制工艺，获得了屈服强度、抗拉强度和均匀延伸率分别为947 MPa、1051 MPa和36%的优异综合力学性能。此结果与由冷轧和退火相结合的传统热机械加工工艺制备的钢铁材料的最优强塑性相当。经深冷轧制得到的材料屈服强度显著提升，是固溶态钢的1.86倍。这主要得益于深冷轧制过程中引入的密集位错亚结构以及由ε-马氏体板条、形变孪晶和具有局部化学有序的板条结构组成的密集片层组织，诱发多种强化机制的协同作用。此外，该材料还保持了良好的均匀延伸率和加工硬化能力，这归因于在塑性变形过程中发生了位错滑移和显著的孪晶诱导塑性效应。本工作证实深冷轧制技术在高氮奥氏体不锈钢的制备和生产过程中具有节约成本、简化工艺和提高效率等显著优势。

为了探明堆垛层错能对CrMnFeCoNi系高熵合金动态力学响应行为的影响，本工作以具有不同堆垛层错能的等比例CrMnFeCoNi (35 mJ/m²)和非等比例Cr₂₆Mn₂₀Fe₂₀Co₂₀Ni₁₄ (23 mJ/m²)高熵合金为研究对象，通过准静态和动态压缩性能测试，对比研究了不同堆垛层错能CrMnFeCoNi系高熵合金的动态力学性能特点；利用EBSD和TEM技术观察分析了变形组织，研究了不同堆垛层错能高熵合金的变形机制。结果表明，动态压缩条件下，CrMnFeCoNi和Cr₂₆Mn₂₀Fe₂₀Co₂₀Ni₁₄高熵合金均表现出显著的应变率强化效应；准静态、动态压缩条件下，合金的流变应力、加工硬化指数和吸能能力均随着堆垛层错能的降低而增加。准静态变形时，CrMnFeCoNi高熵合金变形以位错滑移为主；Cr₂₆Mn₂₀Fe₂₀Co₂₀Ni₁₄高熵合金以位错滑移和孪生为主。动态压缩变形时，孪生行为对变形的贡献增加，CrMnFeCoNi高熵合金的变形模式主要为位错滑移和孪生；堆垛层错能更低的Cr₂₆Mn₂₀Fe₂₀Co₂₀Ni₁₄高熵合金在动态变形过程中除了位错滑移和孪生，还发生了孪晶交互作用与fcc-hcp相变以协调变形，该合金表现出更高的流变应力、加工硬化指数和吸能能力。可见，堆垛层错能的变化通过影响变形模式实现高熵合金动态力学性能的提升。

金属及其化合物作为能源催化领域的核心材料，其性能受限于传统少组元体系活性位点单一、电子结构调变能力不足，难以实现复杂反应路径和产物选择性的精准调控。高熵化策略虽为突破材料性能提供了全新途径，但其多组元的引入也带来了严重的相分离倾向，使得单相、均匀高熵材料的可控制备成为制约其应用研究的核心瓶颈。本文总结了针对高熵合金、高熵陶瓷及二维高熵磷硫化物等体系，发展的一系列可控制备技术：熔体抽丝法制备高熵合金纤维；无压烧结工艺实现致密高熵金属碳化物的合成；固相合成辅以超声剥离技术获得二维高熵磷硫化物；金属有机框架(MOF)前驱体衍生策略合成高熵金属氧化物。这些方法实现了高熵材料合成在成分均质化、结构致密化、材料维度控制以及前驱体设计等方面的突破。在此基础上，进一步阐述了高熵化在催化性能调控中的作用机制，揭示了多组元协同效应在激活惰性基面、优化金属—O键的共价性、增强结构稳定性等方面的关键作用。本文旨在通过制备方法的创新和机理的解析，为高性能高熵材料的发展提供切实可行的技术路径和理论依据。

316H钢是第四代先进核反应堆重要的候选结构材料。在服役过程中，材料长期处于高温、辐照以及复杂应力的服役环境，工况极其严苛。尤其是由于核嬗变导致的辐照He泡会造成严重的辐照脆化，加速材料的失效。为阐明He泡在母材和焊缝金属中的演化规律及其对力学性能的影响。本工作基于He泡相场和晶体塑性耦合求解框架，模拟了316H钢及其焊缝金属中He泡的演化行为以及He泡对力学行为的影响。结果表明，He泡通过吸收过饱和空位和He原子形核生长，并在后期通过合并和Ostwald熟化进行长大。焊缝金属中高密度位错偏置吸收间隙原子导致空位浓度过剩以及位错作为快速扩散通道，共同导致了He泡的快速生长。在小应变时，外应变与He泡内压共同主导应力-应变响应，宏观应力为负值；随着外应变增加，应力-应变响应则由外应变主导。拉伸过程中，He泡与基体界面周围出现了显著的应力集中，相应地，应力集中处也发生了较大的塑性变形。在外加应变为4%时，焊缝金属中形成了显著的塑性变形带。