轻质耐热的TiAl合金是航空航天和民用工业等领域最具潜力的高温结构材料之一。然而，由于其低的延展性和断裂韧性，制造TiAl零部件具有挑战性。目前，增材制造工艺被认为是制造TiAl零件具有前途的技术之一。本文在介绍增材制造技术原理和特点的基础上，综述了激光金属沉积(LMD)、选区激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)制备TiAl合金的工艺-组织-性能关系，并对该技术未来的发展趋势进行了展望。
超强高塑性合金在基础设施、航空航天、国防军工等领域中有广泛的应用需求，然而，金属的塑性通常随着强度的增加而降低，即：强度-塑性相互掣肘。本文从纳米结构多主元合金的强塑化研究存在的挑战出发，综述了剧烈塑性变形、物理气相沉积、机械合金化等纳米结构制备方法对多主元合金力学性能的影响。阐述了相关合金的跨尺度变形机制及塑性变形起源，并对未来纳米结构多主元合金的研发及机制分析进行了展望。
研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义，但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为，多轴加载相关研究报道较少。为此，本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其微观变形机制差异。在25℃下对多晶镍基高温合金GH4169进行拉伸-扭转复合加载，结合SEM、TEM、EBSD和中子衍射研究了加载方式对其力学性能、微观组织以及变形机理的影响。结果表明，拉伸样品的屈服强度和极限强度均随预扭转角度增加而增大(增幅分别约为150%和13%)；在20%预拉应变下，扭转样品的屈服强度和延伸率均有所增加(增幅分别约为31%和16%)。拉伸和扭转变形后样品中的位错密度明显增大；同时复合加载下位错密度相较于单轴加载略小，表明存在位错湮灭效应。预加载产生的位错强化效应提高了屈服强度，而随后复合加载下位错湮灭效应使预拉伸扭转样品的极限强度有所降低。预扭转形成梯度结构的力学强化作用一定程度上抵消了位错湮灭效应的影响。研究表明，多轴加载方式可调控材料微观结构和变形机制，进而实现材料强度和韧性的协调提升。
含Cu耐微生物腐蚀管线钢的开发和应用是解决管道微生物腐蚀难题的有效措施。本工作利用电化学测试及SEM、激光共聚焦显微镜(CLSM)等分析技术，研究了不同Cu含量(0、0.7%、1.34%，质量分数)的X65级管线钢在无菌和接种硫酸盐还原菌(SRB)的近中性模拟土壤浸出液(NS4)中的腐蚀行为，为耐微生物腐蚀管线钢的优化设计提供依据。结果表明，随着Cu含量的升高，含Cu管线钢的抗菌性能和耐蚀性能均有所提高；当Cu含量从0增加到0.70%时，试样表面的点蚀坑密度从714 cm-2下降到244 cm-2；当Cu含量达到1.34%时，点蚀坑密度进一步下降到67 cm-2；含Cu钢在腐蚀过程中持续释放的铜离子在接菌环境中的杀菌作用和其对腐蚀产物层的改善作用，以及其在无菌环境中所形成的Cu2O等保护性腐蚀产物是含Cu管线钢具有优异耐蚀性能的关键原因。
M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造，轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s-1)、变形温度(1000~1150℃)和应变(10%~50%)对M50轴承钢内部孔洞产生行为的影响，以及后续保温处理过程中孔洞的愈合机制。结果表明，轴承钢内部一次碳化物M2C和MC与基体硬度的差异导致非协调变形，从而在碳化物与基体交界处产生孔洞，此外碳化物的破碎也会促使孔洞在其内部形成。通过对不同条件下孔洞的产生情况进行定量分析发现，在高应变速率(1 s-1)、低变形温度(1000℃)、中等变形量(30%)的条件下，M50轴承钢内部产生的孔洞最多。变形后的保温处理可显著促进孔洞的愈合，其中保温处理后孔洞愈合区域富集Cr元素。
目前，基于非均质高温奥氏体来调控先进高强钢的组织和性能，引起研究学者的广泛关注。为进一步明晰合金元素非均质程度对组织和性能的影响，指导先进高强钢的设计，本工作采用以Mn配分的珠光体为初始组织的快速淬火-配分工艺，研究了奥氏体化时间和温度对高温奥氏体中非均质Mn分布的影响规律，进一步探讨了微观组织和力学性能的演变。结果表明，高温奥氏体的Mn分布能够调控淬火过程的马氏体转变。当高温奥氏体继承了珠光体中富Mn渗碳体和贫Mn铁素体中的Mn分布时，淬火后可获得富Mn片状残余奥氏体与贫Mn马氏体板条构成的鬼珠光体组织。随奥氏体化保温时间的延长和温度的升高，高温奥氏体中Mn元素非均质程度减弱，导致鬼珠光体组织减少，块状残余奥氏体和粗大板条马氏体数量增多、且尺寸增大。随着保温时间的延长，屈服强度由于细晶强化的减弱而降低；均匀延伸率由于块状残余奥氏体的增多而升高，颈缩后的延伸率因块状残余奥氏体形成的脆性马氏体而降低。由于残余奥氏体和马氏体的含量随着奥氏体化工艺不发生改变，使得抗拉强度和断裂总延伸率也不发生变化。由此可见，通过改变奥氏体化的工艺参数，能够在保证高抗拉强度(约1700 MPa)和高断裂总延伸率(约20%)的基础上，实现对屈服强度和均匀延伸率的进一步调控。
{111}/{111}近奇异晶界较比一般晶界更耐蚀，如何提高此类晶界比例以显著提高Al及其合金晶界腐蚀抗力是一个新课题。本工作选用99.99% (质量分数)高纯Al为研究对象，考察晶粒长大对{111}/{111}近奇异晶界的影响。样品经室温多向锻造和370℃再结晶退火后，再经500℃保温不同时间，采用基于EBSD和五参数分析的晶界界面匹配表征方法对样品进行测试和分析。结果表明，随着晶粒长大，{111}/{111}近奇异晶界的比例显著增加。当平均晶粒尺寸由38 μm长大至77 μm时，{111}/{111}近奇异晶界的比例由3.91%增加至6.56%。离线原位EBSD和晶界迹线分析表明，晶粒长大过程中，{111}/{111}近奇异晶界主要通过具有<111>/θ(θ为取向差转角)取向差关系的两两晶粒吞并周边晶粒并相遇后形成；具有<111>/θ取向差关系的相邻晶粒，其晶界通过再取向调整至{111}/{111}位置，亦可形成此类近奇异晶界。{111}/{111}近奇异晶界存在旋错结构，其原子排列有序度显著高于一般晶界，这是此类晶界比一般晶界更耐蚀的原因。
TiAl合金因其低密度、优异的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能而在航空航天和汽车工业中具有广阔的应用前景，但其本质脆性和变形能力差的缺点严重限制其进一步发展。本工作通过交叉包套轧制(CHPR)和一步退火处理实现了800℃下超高塑性Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金板材的制备。利用SEM、EBSD、TEM和拉伸等实验方法考察了TiAl合金的热变形行为、不同轧制和热处理工艺对微观组织和力学性能的影响。结果表明，与单向包套轧制(UHPR)相比，CHPR板材沿厚度方向和板面方向均表现出更高的组织均匀性，微观组织由残余α2/γ片层及其晶界的等轴γ、α2和B2相组成，但残余片层的尺寸较小且含量明显降低，其原因是在CHPR的双向剪切力和压应力的作用下大量残余片层破碎并发生了完全再结晶。CHPR TiAl合金的高温流变软化机制主要包括片层弯曲扭折变形、β/B2相协调变形、α2/γ片层的相变分解、初生和二次孪晶诱导的γ相动态再结晶。随后对CHPR合金进行1200~1340℃的退火热处理，1200℃条件下获得了等轴片层和等轴晶粒(α2 + γ + B2)的多相组织，部分晶粒达到了纳米级。1340℃条件下得到了近全片层组织。对UHPR和CHPR板材的横/纵向和1200℃退火热处理试样的拉伸性能进行比较，CHPR板材横纵向的拉伸性能更加均匀，再经1200℃退火热处理后获得的多相等轴组织具有最佳的强度-塑性匹配，室温下抗拉强度为624 MPa，延伸率为1.32%；800℃下抗拉强度为515 MPa，延伸率可达107.0%。分析试样的断裂行为可知，室温下3种试样的断裂方式为穿片层和解理断裂。800℃下断裂方式转变为韧性断裂，断裂失效机制以微孔联结机制为主，其中经过1200℃退火热处理的板材断口具有更小而深的韧窝，塑性最佳。精细的片层结构和均匀细小的等轴晶组织能够阻碍裂纹的扩展，有利于综合力学性能的提高。
微合金化是改善铝合金性能及微观结构的有效方法。本工作采用硬度、导电率和拉伸性能测试，以及SEM和TEM等表征分析手段，研究了不同含量La的添加对Al-0.75Mg-0.75Si (质量分数，%)合金性能和微观结构的影响。结果表明，随着La添加量的提高，(1) 合金的塑性和导电率逐渐提高，这是由于La诱导形成的AlSiLa第二相的含量及其溶质原子Si消耗量逐渐增多；(2) 合金的强度先上升后下降，强度的上升主要归因于AlSiLa相的强化作用及晶粒细化作用逐渐增大，强度的下降主要归因于固溶强化作用的减小；(3) 合金人工时效过程中析出相的类型逐渐发生改变：加La合金峰值时效态除形成β″相外，还会析出多晶β″相，而过时效态会析出β″/U2、β′/U2和β′/U2/β″复合相。
开发高强钛-钢复合管对于装备轻量化的研究具有重要意义。本工作采用高温挤压工艺制备以高强CrMo钢和TC11钛合金为基材的钛-钢复合管，研究了中间层材料Fe和Nb对高强钛-钢复合界面反应产物和结合强度的影响，并从界面扩散和组织演变的角度分析其断裂机制。结果表明：Fe中间层挤压态样品能够保持较高的剪切强度(185 MPa)，在热处理过程中，Fe中间层析出的M23C6及钛基材的再结晶过程，导致界面剪切强度显著下降(70 MPa)；Nb中间层920和970℃挤压态样品分别沿钢-Nb界面和Nb-钛界面断裂，这分别与钢-Nb界面处膜状NbC层的破裂和Nb-钛界面处β-Ti层的不连续特征相关，热处理后扩散修复的NbC层可使920℃挤压样品剪切强度从挤压态的131 MPa提升至170 MPa，而970℃挤压样品界面处不连续的β-Ti层以及Ti0.86Al0.11Nb0.03析出颗粒的回溶，使其界面强度反而下降。综合界面反应和组织转变特征，明确了含2种中间层高强钛-钢复合管的微观断裂机制。
