摘 要 借助于热模拟压缩变形实验和OM、SEM、EBSD及TEM技术，研究了低碳钢铁素体晶粒尺寸相似，渗碳体粒子尺寸不同的两种原始组织在700℃、0.01s-1条件下的组织演变过程，分析了渗碳体粒子尺寸对铁素体动态再结晶的影响作用。实验结果表明：变形过程中，尺寸较大的渗碳体粒子附近容易产生大的应变梯度，通过粒子激发形核导致动态再结晶核心的形成。在变形初期，动态再结晶核心主要在尺寸大于1m的渗碳体粒子附近形成；随着应变量的增加，动态再结晶核心也可以在尺寸在0.5-1.0m范围内的渗碳体粒子附近形成。而尺寸小于0.3m的渗碳体粒子附近无法形成大的应变梯度，同时钉扎位错和亚晶界，阻碍动态回复和动态再结晶的发展。

用基于密度泛函理论的自洽离散变分方法研究了轻元素S对bcc Fe中[100](010)刃型位错上扭折的电子结构的影响，计算了杂质偏聚能、原子间相互作用能、电荷密度及态密度等物理参量。计算结果表明：S引入体系后，电荷发生了重新分布，S得到电子，其周围Fe原子失去电子，分析发现S原子的3p轨道与近邻Fe原子的3d4s4p轨道之间杂化，S与近邻Fe原子之间有较强的相互作用，而近邻基体原子本身之间相互作用比未掺杂时减弱，有利于扭折的迁移，杂质S原子与基体原子间的成键主要是d 、p轨道起作用，使得它们之间的成键有较强的方向性，使材料的强度降低、韧性减小。

本文研究了不同Cr含量的AlTiFeNiCuCrx多主元高熵合金的微观组织和力学性能特点。结果表明，Cr含量的增加使合金的凝固模式从亚共晶向过共晶凝固转移，铸态组织由一先析出枝晶相和枝晶间的菊花状共晶组织组成。合金仅由简单的面心立方结构(富Cr相)和体心立方结构(贫Cr相)两相组成。Cr含量的增加对合金硬度的提高较小。该合金为室温脆性材料，但在1073K高温时具有很好的塑性变形能力和较高的强度，当xCr=1-1.5左右时，合金具有最优的压缩强度和塑性组合。

对铸造镍基高温合金M38在900℃下的低周疲劳行为进行了研究. 实验采取轴向总应变控制, 应变比为-1, 应变速率为1×10-2s-1. 实验结果表明: M38在900℃下具有与IN738LC接近的疲劳性能. 在高应变幅时, 疲劳裂纹主要萌生在表面碳化物等应力集中处;在低应变幅时, 氧化对裂纹的萌生起重要作用, 疲劳裂纹主要萌生于易于优先氧化的表面晶界和碳化物等处. 在所有应变幅下, 疲劳裂纹均沿着垂直应力轴的方向穿晶扩展.

研究了中碳高强度弹簧钢NHS1的超高周(109循环周次)疲劳破坏行为，并利用FESEM对疲劳断口进行了观察。实验结果表明，NHS1钢的S-N曲线呈台阶型，在109循环周次内疲劳极限消失。疲劳断口分析表明，在高应力幅区，实验钢的疲劳破坏主要起源于表面基体，而在低应力幅长寿命区，疲劳破坏主要起裂于试样内部的夹杂物，形成“鱼眼”型断裂；在夹杂物周围存在一个粗造的粒状亮区(GBF)。GBF区边界的应力场强度因子值为3.6 MPa•m1/2，该值与疲劳裂纹扩展的门槛值相等。“鱼眼”边界的应力场强度因子同样与疲劳寿命无关，是一个常数，约10.6 MPa•m1/2。

金属材料在复杂应力状态下的延性损伤与断裂是金属塑性成形领域的难点之一。本文以45中碳钢为研究对象，进行了拉伸、压缩、扭转、精冲试验，并结合有限元对各实验过程中的应力三轴度和延性损伤进行了分析，提出了金属材料的三种延性损伤机理：无空穴影响剪切损伤、剪切型空穴损伤和拉伸型空穴损伤。在此基础上，提出了一个新的基于空穴长大的延性损伤模型，能够较准确地预测材料拉伸、精冲过程中延性断裂的出现，扩大了损伤模型的预测范围。

采用溶胶-凝胶法，通过调整溶剂、溶胶稳定剂和热处理制度在载波片上制备出不同工艺参数的ZnO薄膜。利用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）考察了ZnO薄膜的晶体结构和表面形貌。实验结果表明：采用高沸点溶剂时ZnO薄膜择优取向更强；单乙醇胺为稳定剂时ZnO薄膜择优取向很强，而二乙醇胺或三乙醇胺为稳定剂时择优取向很微弱；预处理温度高于ZnO凝胶膜晶化开始温度时择优取向将减弱；最终处理温度在500℃以下时，随温度提高，晶粒尺寸越大，择优取向越强。

根据高频电流集肤效应和邻近效应的特点，自制了一套高频电流在线加热复合轧制装置，在该装置上进行了不锈钢/碳钢复合带的制备工艺研究。根据温度场数值模拟的结果确定了高频电流的主要参数，结合常规热轧复合的对比实验，分析了高频电流在线加热工艺对不锈钢/碳钢复合带的组织与性能的影响。结果表明：高频电流在线加热工艺可在25~30%的压下率下制备出高性能的不锈钢/碳钢复合带，复合带的硬化程度较低，避免了常规热轧复合带在高温退火后界面出现的脆性“贫碳层”，退火后复合带的延伸率可达40%以上。高频电流在线加热工艺有效解决了各阶段母材氧化的问题，不锈钢表面的氧化程度很低。该工艺的加热区温度分布合理，具有加热速度快，热效率高的突出特点。

Gleeble-1500D热力模拟试验机对喷射成形热等静压GH742y高温合金在变形温度1050℃~1140℃，应变速率0.01s-1~10.0s-1，工程应变量50%的条件下进行热压缩实验，利用实验数据建立了合金的热加工图和热激活能图，对变形过程中组织演化进行了研究。结果表明，热等静压并没有使喷射成形合金晶粒尺寸明显长大。真应力-应变曲线中出现了屈服降落现象，这是由于变形过程中位错运动和密度变化造成的；合金热加工图中失稳区在1050℃～1110℃,应变速率为0.01s-1区间，在1110℃~1140℃，高应变速率1.0 s-1~10.0s-1区间功率耗散值出现最大值；激活能图中在1140℃，应变速率1.0~10.0s-1区间出现一平台区。结合试样组织变化情况，在变形温度1110℃~1140℃或应变速率1.0 s-1～10.0s-1，变形量为50％的条件下，可得到完全再结晶组织。因此喷射成形GH742y合金的适合变形条件为1110℃~1140℃，1.0 s-1～10.0s-1，变形程度为50％。

以锆英石和碳黑为原料，利用碳热还原反应在氩气气氛下合成了ZrO2-SiC复合材料，并将其作为添加剂应用于Al2O3-C质耐火材料中. 研究了加热温度对ZrO2-SiC复合材料合成的影响以及添加ZrO2-SiC复合材料对耐火材料抗氧化性能的影响. 研究结果表明，将锆英石和碳黑的混合物加热至1600 ℃并保温4 h时，可以很容易地合成ZrO2-SiC复合材料，并且通过添加合成的复合材料，Al2O3-C质耐火材料的抗氧化性能得到明显的改善.

本文研究了铁素体和奥氏体含铜抗菌不锈钢的抗菌特性及相关机制。实验结果表明，含铜抗菌不锈钢具有优良的广谱杀菌作用，对本文选择的大部分革兰氏阴性菌（G-）和革兰氏阳性菌（G+）的杀灭率均在99.0%以上。通过铁素体抗菌不锈钢对大肠杆菌作用不同时间的研究证明，抗菌不锈钢的杀菌率和其与细菌作用时间有关，铁素体抗菌不锈钢与大肠杆菌作用150min左右时间后的杀菌率才会达到99.9%的最大值。原子力显微镜的观察表明，抗菌不锈钢对大肠杆菌的杀灭会表现为菌体内大量物质流失，细菌出现干瘪现象。电化学实验结果表明，抗菌不锈钢与大肠杆菌作用后，会由于其表面抗菌相中铜离子溶出的加快，而表现为其耐点蚀电位的下降。

采用单晶位错研究的热弹性模型，计算模拟了垂直布里奇曼法碲锌镉单晶生长过程的应力场，研究了坩埚内壁碳膜的厚度对晶体内热应力的影响．计算结果表明：晶体边缘与坩埚内壁接触位置的热应力远大于晶体中心处的热应力，碳膜厚度的增加，可以显著地减小晶体边缘处的热应力，然而对晶体中心处的热应力影响较小；另外，晶体生长过程中存在两个高应力区，一是固-液界面以下附近的区域，在晶体与坩埚接触的位置出现最大值max1；另一个是晶体底部位置区域，在晶体底部边缘与坩埚接触的位置出现最大值max2，此两处区域的热应力在相转变过程中迅速增加，在随后的晶体冷却过程中热应力持续增大，碳膜厚度的增加可以显著地减小此两个应力区的最大热应力，同时也可以减小max2应力区的面积．

本文通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜等分析研究了合金化元素Zn对GW系镁合金砂型铸造组织和性能的影响。研究结果表明：GW系镁合金的结构类型和Mg（六方相）相同，Gd溶入Mg的晶格形成置换固溶体，组织中存在着Mg24Y5第二相。加入合金化元素Zn后，组织发生较大变化，形成雪花状的枝晶，而且在固溶以及时效处理过程中，其形貌没有消失，只是有所溶解。实验合金GWZ721在砂型铸造工艺条件下热处理后的室温力学性能优良，抗拉强度达到250MPa，屈服强度甚至达到235MPa，远远优于商品镁合金AZ91C（85 MPa）与ZK51 A（140 MPa），而且塑性也比较好，最高达到6.2%。砂型铸造试验合金GWZ721热处理后的高温瞬时拉伸性能也相当优良，在200℃、250℃和300℃时，实验合金的抗拉强度分别达到225MPa、220MPa和205MPa。抗拉强度和屈服强度随着温度的升高均有所下降，但下降不多，延伸率则随着温度的升高有所上升。通过向GW系铸造镁合金添加合金化元素Zn，改善了实验合金GW72的组织，实验合金GW721在保证提高力学性能的前提下降低了成本，是一种较有前途的高端镁合金材料。

对具有不同屈服强度的薄板坯连铸连轧工艺生产的Nb、Ti复合微合金化热轧板卷059和066进行了全面的组织分析，研究了其强化机制。组织分析表明，两板卷的主要组织均为铁素体组织，但具有高屈服强度的059板卷铁素体呈现出非多边形铁素体特征，其晶粒明显细于066板卷，并具有高的位错密度。两板卷中的析出物特征相同，其中复合型的星形析出物较多，它们的平均尺寸140~150nm, 消耗了钢中50%的Nb。强化机制研究表明，铁素体晶粒细化强化是两板卷的主要强化机制，占总屈服强度的43~46%；无论是低屈服强度还是高屈服强度板卷，析出强化效果微弱，只占总屈服强度的4~6%。位错强化与晶粒细化强化是059板卷具有高屈服强度的原因。

通过热膨胀实验测得了含铌低碳钢在不同连续冷却条件下的先共析铁素体相变温度（Ar3)，建立了一种基于铁素体形核和长大模型的新模型，模型中考虑了铌的溶质拖曳作用，用来预测含铌低碳钢的Ar3。研究结果表明，先共析铁素体相变形核长大的临界碳浓度随着温度、奥氏体晶粒尺寸和冷却速率的变化几乎不变，随着钢中铌含量的增加而呈线性增大；在连续冷却过程中钢中铌含量的增加会降低先共析铁素体形核温度，当铌含量大于0.023％之后形核温度并不会继续降低；固溶铌会抑制铁素体相变的发生；本模型适合于含铌低于0.04％的低碳钢，使用该模型预测的Ar3与实测的Ar3吻合。

提出了瞬间液相连接的新工艺－过冷工艺，即首先将待连接区域加热至某高温进行短时保温，然后再降低一定温度进行长时保温连接。由于液相经历了一次温度过冷，在液固界面前沿就形成了成分过冷区，破坏了平衡状态下的界面稳定性，形成胞状界面。随着凝固过程的完成，界面消失，形成跨界面连续晶粒，实现冶金接合。试验以铁镍基非晶合金为中间层，进行了低碳钢过冷TLP连接试验，并与传统的TLP连接工艺进行了比较。结果表明，过冷工艺产生了非平面状界面，并且随着凝固的完成界面消失，形成无界面的组织均匀接头。与传统TLP连接工艺接头相比，过冷工艺可大大提高接头冲击韧性，其数值达到母材水平。

利用微观相场动力学模型模拟Ni-Al-V合金沉淀过程中L12相间有序畴界面，对界面结构及其界面处原子的行为进行了研究。研究表明L12有序畴间存在三种稳定界面以及两种过渡型界面；界面的迁移性与界面结构有关，(001)L12和(002)L12对应、(001)L12和(001)L12对应且有两个Ni原子的稳定界面可以迁移，迁移前后界面结构保持不变，且在迁移的过程中形成过渡型界面；而(001)L12和(002)L12对应且有一个Ni原子的稳定界面则不可迁移；合金元素在不同的界面处有不同的偏聚和贫化倾向，Al原子在所有界面处贫化，V原子在所有界面处偏聚，Ni原子在可迁移界面处贫化，在不可迁移界面处偏聚，且各元素在不同的界面处偏聚以及贫化程度也不一样。

在把网格引入的各向异性的影响降低到合理范围的基础上，采用相场法研究了在无弹性场作用时，沉淀颗粒间的扩散场相互作用对沉淀相形貌及成分的影响。模拟结果表明：由于扩散场的相互作用，在沉淀相生长及粗化过程中，沉淀颗粒形貌可能出现圆形方形圆形菱形圆形的多种变化，且沉淀内部呈现成分不均匀性。随着沉淀相体积分数的增大，沉淀颗粒间的扩散场相互作用加强，对其沉淀相组织形貌及其成分的影响也更加显著。

真空炉中多叶片条件下的高温合金叶片熔模铸造Bridgman定向凝固过程中存在复杂的辐射换热过程。为了在保证叶片质量避免缺陷的同时提高生产率，有必要研究多叶片在不同拉速情况下的凝固过程温度分布情况。本文建立了基于Monte Carlo法的射线追踪模型，并用来动态处理定向凝固抽拉过程中多叶片间以及叶片与加热炉间的辐射换热过程。模型中考虑了抽拉速度、加热炉几何尺寸等影响，并研究了2种抽拉速度情况下的温度分布情况。本文得到的温度采样点冷却曲线与实际冷却曲线进行了对比并得到了较好的结果。