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。

传统软磁合金的力学性能难以满足复杂加工成型或高强度机械负荷的要求，而新型中/高熵软磁合金往往以部分牺牲比饱和磁化强度(M_s)为代价来实现优良力学性能。本工作通过调控冷轧态等原子比FeCoNi中熵合金的退火工艺，获得再结晶体积分数约为49%的异构组织。基于微观组织表征、直流软磁测试、磁光Kerr显微成像分析、拉伸力学测试等手段，研究了异构对FeCoNi中熵合金软磁和力学性能的影响机理。结果表明，该种异构合金的M_s约为152.5 A·m²/kg，与均匀再结晶合金在同等条件下测得的数值相近；其矫顽力约为205.3 A/m，低于均匀未再结晶合金(242.2 A/m)，但高于均匀再结晶合金(79.8 A/m)。异构FeCoNi中熵合金中，再结晶区磁畴壁的移动较平滑，仅在晶界和孪晶界处受到明显的钉扎作用；未再结晶区域缺陷密度较高，对磁畴壁的钉扎作用更强，磁畴壁在外加磁场作用下的移动较缓慢，使矫顽力升高。应力加载时，异构组织中的长程背应力效应可提升合金屈服强度，各区域的协调变形可优化加工硬化能力，使合金屈服强度(σ_y)达到467 MPa，抗拉强度(σ_u)达到610 MPa，且延伸率(δ)保持在30%，与均匀未再结晶合金(σ_y = 772 MPa、δ = 15%)和均匀再结晶合金(σ_y = 232 MPa、δ = 43%)相比拥有更好的强塑性搭配。

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。

屈服强度与拉伸塑性是衡量金属材料是否具备应用潜力的重要指标。然而，两者之间往往呈现倒置关系：屈服强度的提升常以牺牲拉伸塑性为代价。因此，同时获得高强度与高塑性一直以来都是材料科学家追求的目标。本文探讨室温下屈服强度与拉伸塑性的本征关系，分析两者之间相互制约的根源，论证金属材料在强化的同时保持拉伸塑性、实现“鱼和熊掌兼得”的可行性。以兼具高屈服强度(约2 GPa)和高拉伸塑性(约30%均匀延伸率)为目标设计合金。文中提出的策略从多主元合金中复杂多样且在纳米尺度上非均匀的微观组织结构出发，调控强化和应变硬化机制，包括利用浓质固溶体合金中的宽广成分空间将传统的机制发挥到极致，并辅以非均匀性(特别是化学非均匀性)诱生的新机制。本文总结了既定强度-塑性目标范围内的最新进展。文中的观点与论述，旨在为解决强度-塑性相互掣肘难题提供新见解和新思路。

2 GPa级超高强度钢已成为扭力轴的候选材料之一。然而，关于其显微组织与力学性能之间关系的研究相对较少。本工作采用SEM、EBSD、AES、TEM、单轴拉伸和静态扭转等方法研究了奥氏体化温度对扭力轴用2 GPa超高强钢的显微组织、拉伸力学性能和静态扭转性能的影响。结果表明，在奥氏体化过程中，初始组织(珠光体和少量铁素体组成)中片层状合金渗碳体先球化后溶解，其球化机制主要以非连续辅助机制为主，包含少量的边缘迁移机制。随着奥氏体化温度的升高，渗碳体逐渐由(Fe, Cr, V)₃C合金渗碳体转变为Fe₃C渗碳体，直至渗碳体完全溶解(奥氏体化温度为950 ℃时)，并且VC的析出温度区间与渗碳体未溶解的温度区间相一致。奥氏体化温度为850 ℃时实验用钢获得了较优的拉伸力学性能，屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率和总延伸率分别为1580 MPa、2062 MPa、8.4%和12.7%，这源于显微组织中渗碳体和VC提供的析出强化，以及细小的马氏体板条提供的细晶强化。静态扭转实验结果表明，当奥氏体化温度为800和850 ℃时，由于含有更多渗碳体和VC以及细小的马氏体板条，试样表现出更高的剪切模量和扭转屈服强度。随奥氏体化温度升高，剪切塑性变形区增加，断裂主导机制由剪切断裂转变为剪切韧性断裂，从而表现出更高的抗扭强度。

高强低密度钢能在保证结构安全性的前提下降低重量，减少CO₂排放，因此在汽车等交通运输工业中占有重要的地位。本工作设计并制备出一种密度为6.50 g/cm³的含Cr奥氏体钢。经35%压下率冷轧+时效 (35CR-T)和75%压下率冷轧+退火+时效(75CR-AT) 2种工艺路径所得到的样品均表现出优异的综合力学性能，2者的比屈服强度和总延伸率分别达到211.5 MPa·cm³/g、15.6%和210.0 MPa·cm³/g、21.5%。其中，35CR-T样品的显微组织由具有高密度位错的奥氏体和粗大的κ-碳化物组成；75CR-AT样品的显微组织由细小的再结晶奥氏体和更多、更细小的晶内κ-碳化物组成。因此，前者位错强化贡献值更高，而后者晶界强化和析出强化增量更高，这导致2种样品屈服强度相当。75CR-AT样品中再结晶奥氏体变形时依次形成平面滑移位错、Taylor晶格、高密度位错墙和微带等位错亚结构，而35CR-T样品中奥氏体内的微带结构限制了其变形时位错增殖和位错亚结构的形成，因此后者的塑性较前者差。

随着近年来氢能产业的迅速发展，镁基固态储氢材料及其储运氢系统得到了全球的广泛关注，出现了许多突破性研究和进展。在新材料体系设计方面，高性能纳米镁基储氢材料和改性镁基铸造合金的研发有效改善了Mg及其氢化物的热力学稳定性和动力学性能，实现了材料在中低温条件下的快速吸脱氢和低成本应用。在系统开发方面，借助先进的模拟方法和设计策略对镁基固态储氢系统的结构与操作参数进行优化，实现了镁基固态储氢系统的有效热管理。在工程应用方面，世界首台吨级镁基固态储运氢车落地，多个镁基固态储运氢示范应用和加氢站也陆续问世。本文从纳米镁基储氢材料、改性镁基储氢合金、镁基储氢系统开发和示范应用4方面讨论了镁基储氢材料的重要研究进展，总结了其在氢能储运领域的相关工程示范及应用，并对未来的研究趋势进行了展望。

共晶合金是以凝固过程发生共晶反应命名的一类多相合金，具有悠久的历史，是应用最广的铸造合金。高熵合金是多主元的新型合金，自2004年提出以来取得了迅速发展。共晶高熵合金结合了共晶合金和高熵合金的优点，于2014年首次公开报道。经历十年发展，共晶高熵合金已经快速经历了成分设计、组织/性能调控、大规模制备与应用几个阶段。共晶高熵合金独特的微观组织特征和优异的综合性能使其在多个领域展现出广阔的应用前景，成为近年来备受关注的新型合金材料。本文对过去十年共晶高熵合金的成分设计、制备和应用进展进行了回顾，并对未来发展趋势进行了展望。

Cu元素合金化可以提高低碳马氏体不锈钢的力学性能，但其对该材料耐腐蚀性能的影响尚没有一致的认识。本工作采用SEM、XRD、TEM、APT以及电化学测试等手段研究了添加3%Cu (3Cu)对低碳马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo显微组织及耐腐蚀性能的影响，并与不含Cu不锈钢进行了对比分析。结果表明，经过1050℃固溶处理后，Cu均匀地分布在板条马氏体基体上；400℃回火后，Cu形成了极小的纳米团簇，其中偏聚了大量的Fe原子等；500℃回火后，Cu纳米团簇长大为尺寸为5~10 nm的富Cu析出相，核心处主要偏聚Cu原子，且与基体处于共格关系，而碳化物则由富Fe的纳米团簇生长成富Cr的析出相。3Cu低碳马氏体不锈钢经过500℃回火后表现出优异的耐腐蚀性能，这是因为富Cu析出相的长大过程中伴随着向周边基体排出Cr原子，减少了由富Cr碳化物造成的贫Cr区，从而降低了3Cu低碳马氏体不锈钢的腐蚀敏感性。

作为结构轻量化的代表性材料，传统铝合金受限于200 ℃以下温度服役，300~400 ℃高温服役成为其应用的瓶颈问题。本文面向该瓶颈问题内在机理及其相关科学问题，提出了快扩散溶质原子与慢扩散溶质原子耦合的新型耐热铝合金微观组织设计策略：(1) 沉淀相界面原子偏聚；(2) 异质原子间隙位置有序化；(3) 多层级异质相界面共格耦合等热稳定化设计，在原子尺度上对微观组织进行微合金化调控。最后，展望了300~400 ℃耐热铝合金体系开发及未来潜在发展方向。