用TEM 观察了共析珠光体钢经真应变为2.89的拉拔变形以及不同温度时效后微观组织变化，并测量了不同时效温度后的力学性能。结果表明，大变形珠光体钢在473K时效后获得相对于时效前更高的抗拉强度，在673K时效获得较均衡的强韧性能。组织观察发现，大变形中溶解的渗碳体在时效过程中弥散析出，分析认为碳化物的析出阻碍位错移动，使得宏观抗力增加，提高了该钢的力学性能。

AZ91镁合金铸态组织晶界处存在粗大的网状Mg17Al12相以及凝固过程中产生的成分偏析，严重影响了铸锭的力学性能和成形加工性能。为改善其成形性能，对铁模铸造试样进行了均匀化退火处理，退火温度范围为350~450℃，退火时间范围为5~24h。均匀化退火后Mg17Al12相呈细小的颗粒状分布在α-Mg基体上，枝晶偏析大部分得到消除。力学性能试验结果表明，铸态AZ91镁合金的抗拉强度约为163MPa，延伸率为3.2%；经过380℃15h均匀化，可获得最高延伸率达11.2%，抗拉强度达到243MPa；经过420℃5h均匀化，可获得最高强度达246MPa，延伸率可达10%。

本文建立了描述淬火钢圆形截面硬度分布曲线－U曲线的解析函数表达式。利用热传导微分方程解得端淬试样温度场和冷至700℃时的冷却速度方程。根据端淬曲线、冷却速度和圆截面半径关系实验曲线图及等效冷速原理，用曲线拟合法获得了硬度与试样半径和截面位置半径之间关系式。截面硬度分布函数含有从端淬试验获得的淬透性系数、最高硬度和最低硬度值，使得模型具有较高的理论性而且保证了淬透性系数与试样形状尺寸无关。检验结果表明，模拟曲线和实验值符合很好。

采用透明合金SCN-1.48wt%Salol进行恒速定向凝固实验，考察了一次间距、尖端半径和尖端温度随凝固生长速度变化的规律。通过考察平界面失稳孕育时间和失稳时界面速度的关系获得了平界面失稳的临界速度，从而准确确定了合金成分。实验发现，随着生长速度的增大，一次间距先减小到一个极小值然后又增大一个极大值，随后逐渐下降，呈现S形的变化趋势，并且在从极小值增大到极大值区间发生了胞／枝转变。将实验结果与经典的BH-L模型以及自洽数值模型进行了比较，发现BH-L模型所预言的尖端温度与实验结果存在较大偏差，而所有实验结果与自洽模型得到了较好的吻合。

研究了Ni-32Al-28Cr-3Mo-4Ti共晶合金的显微组织和力学性能. 合金组织由NiAl和Cr(Mo)相构成共晶形态, 并含有少量初生NiAl相和Ni2AlTi相. NiAl-Cr(Mo)-Ti共晶合金压缩屈服强度超过稀土Dy合金化的NiAl-Cr(Mo)合金, 与NiAl-28Cr-5Mo-1Hf合金相当, 表明Ti合金化有利于提高NiAl-Cr(Mo)共晶合金的强度. 合金在1000℃下的蠕变断裂寿命和最小蠕变速率与施加载荷之间呈线性的双对数关系, 蠕变断裂寿命与最小蠕变速率之间满足Monkman-Grant关系修正式. 合金的室温断裂方式为NiAl和Cr(Mo)共晶相的解理断裂以及NiAl/Cr(Mo)相界面的剥离, 高温蠕变断裂是由共晶胞界处微空洞形成和聚集导致的.

本文对NiTi合金热压缩试验的结果进行了分析，修正了试验中由于摩擦和变形热效应引起的流变应力的误差，由试验机给出的NiTi合金在700～1100℃下、名义应变速率为0.01～10/s条件下的载荷－行程曲线得到了真应力－真应变曲线。通过对曲线的回归建立了NiTi合金高温宏观应力的本构模型，计算所得载荷－行程曲线与实验结果吻合很好，为NiTi合金高温塑性成形过程的数值模拟提供了准确的材料模型。

利用多束高压电镜（JEOL ARM1300）附带的离子加速器以250keV的Ni离子在300℃辐照含Hf和不含Hf的铁素体钢，以研究Hf的添加对铁素体/马氏体钢中由辐照引起的偏析的影响。用带有能量散射分析仪的场发射枪透射电镜测量了P、Si、Cr和Mo的晶界偏析。结果表明在不含Hf的钢中辐照引起较小原子（P）在晶界的富集和较大原子（Cr）在晶界的贫化。Hf的添加抑制了晶界上较小原子的富集和较大原子的贫化。提出一个辐照引起的非平衡偏析（RIS）模型以预测较小和较大原子在晶界的偏析行为。讨论和评估了Hf对自由迁移的缺陷数量的影响，以预测Hf对P、Cr等元素的晶界偏析行为的作用。对预测结果和实验数据作了比较。

针对C/C复合材料热梯度化学气相沉积工艺（TCVI）致密化过程温度场难以用解析法求解的问题，本文建立了TCVI过程非稳态温度场有限元模型，给出了该过程温度场变化的分布曲线，研究了温度场变化规律及致密化效率与沉积温度的关系，数值模拟结果与试验结果吻合较好，为提高TCVI工艺致密化效率提供了理论指导。

在细观分析模型的基础上, 利用ABAQUS有限元程序对T6热处理后不同体积分数的颗粒增强SiCP/6061Al合金复合材料的单调拉伸行为和单轴循环变形行为进行了有限元数值模拟; 同时, 通过与相应的实验结果的比较对模拟效果进行了评价. 模拟结果表明: 由于针对基体采用了新发展的、能够描述其循环棘轮行为的材料本构模型, 本文建立的有限元分析模型对颗粒增强金属基复合材料的循环变形行为, 特别是循环棘轮行为得到了较为合理的描述. 模拟结果同时还揭示了复合材料内循环变形行为在细观层次上的不均匀性和复杂性.

利用开有V形缺口的平板试样，研究了一种新型铸造高温合金K445在最高温度分别为800、850、900℃，最低温度为室温的热循环下的热疲劳行为. 通过光学显微镜和扫描电镜观察合金的组织和热疲劳裂纹形貌，研究热疲劳损伤机制. 结果表明，热疲劳主裂纹主要从V形缺口处萌生，沿晶界扩展，而二次裂纹则穿晶扩展. 当最高循环温度为800℃时，碳化物的组成和分布起主要作用，(Ti, Ta)C的开裂处以及碳化物与基体分离的界面处是裂纹优先形成区域. 当最高循环温度为900℃时，高温氧化的作用占主导地位. 应力辅助作用下的晶界氧脆是此时的主要损伤机制.

采用真空电弧熔炼方法制备了不同Ta含量的Nb/Nb5Si3原位复合材料，研究了Ta对材料的组织和力学性能的影响. 结果表明：Ta分布在Nb基固溶体相和Nb5Si3相中，且在Nb基固溶体中的含量要高一些. 随Ta含量的增加，合金中Nb5Si3相逐渐减少，Nb基固溶体相逐渐增多；Ta促使β-Nb5Si3相转变为α-Nb5Si3相；Ta的加入有利于合金室温和高温强度的提高，Ta含量为5at.％的合金高温力学性能最佳.

利用紧束缚分子动力学的方法研究了球形和立方体形Pd纳米微粒的晶格参数和结合能。研究表明，在一定的形状下，纳米微粒的晶格参数和结合能随着微粒尺寸的减小而降低；在一定尺寸时，球形纳米微粒的晶格参数和结合能要高于立方体形的纳米微粒的相应量。通过线形拟合分子动力学模拟的数据，定量的给出了形状效应对于纳米微粒晶格参数变化的贡献量约为总贡献量的7％，而形状效应对于结合能变化量的贡献为总变化量的25％。本研究再一次证明了自由表面Pd纳米微粒的晶格要发生收缩，模拟值与实验结果相一致。

本文利用分子动力学方法对非晶纯镍材料压缩变形过程中纳米晶化现象进行了模拟，研究了非晶变形过程中绝热温升对非晶晶化的影响，结果表明，绝热温升不是导致非晶晶化的主要因素。从微观结构演化的角度考察了非晶晶化过程中晶粒的形核和长大，分析发现，应变导致非晶态金属从亚稳态结构逐渐向稳态结构转变，在系统内部的部分短程序原子团逐步合并形成小的晶核，随着应变的增加，晶核逐渐长大，形成一定尺寸的纳米晶粒。

本文采用Gasar工艺(金属-气体共晶定向凝固)，通过使热流径向传递，成功制备了具有二维径向气孔分布的放射状多孔金属Mg，并研究了其结构特点以及气体压力等对气孔率、气孔大小和分布的影响。

建立了结晶器三维有限元传热模型，系统地分析了铜板厚度、水槽的结构尺寸和分布、镍层对板坯连铸结晶器铜板温度分布的影响。结果表明，在操作条件允许的情况下，降低铜板厚度、增大水槽深度、减少镍层厚度有利于降低铜板热面温度，提高结晶器的使用寿命。

摘 要 基于相似理论，利用物理模型研究了高拉速吹氩条件下结晶器内的卷渣行为，考察了工艺操作参数对结晶器内液面波动和卷渣行为的影响。研究结果表明：在结晶器水口吹气条件下，大气泡对渣层的卷混是引起卷渣的主要方式，其次是漩涡卷渣，通常认为的剪切卷渣则不易发生。此外，本研究还对各种卷渣行为进行了分析，揭示其内在机理，提出了避免卷渣的措施。

本文基于在薄板坯连铸连轧流程Ti微合金化技术方面的大量工作，重点阐述了Ti微合金化钢的物理冶金学特征，内容包括Ti微合金化钢的析出特征、基体显微组织特征和强化机理。研究表明：Ti的析出贯穿于从连铸到卷取各个工艺阶段；Ti含量小于0.045％时，随Ti含量增加，铁素体晶粒细化；Ti含量超过0.045%后，细化晶粒的作用变得不明显; Ti微合金化钢的强化机理主要是细晶强化和纳米尺度析出物的沉淀强化，其中后者是主要因素。

本文研究了Mg-Y-Nd-Zr合金在温度300-500℃和应变速率0.001-1s-1间的高温变形行为，利用动态材料模型构建了热加工图，结合组织观察结果认为该合金在450-500℃、应变速率大约为0.01s-1条件下发生动态再结晶；而温度高于450℃、应变速率大约0.005s-1时，材料发生界面开裂；温度低于350℃、应变速率约为0.01s-1时，材料在变形过程中由于机械孪生导致开裂；温度为450℃左右、应变速率高于0.5s-1时，材料在变形过程中发生剪切开裂。

利用Gleeble1500热模拟单向压缩实验机，研究基于“形变强化相变”获取细晶双相低碳钢的规律。通过观察不同原始奥氏体组织在形变强化相变下的组织演变，分析了铁素体转变的过程中马氏体/奥氏体（M/A）岛形貌以及分布的演变特征，并考察了原奥氏体晶粒大小、形变温度、形变速率等参数对铁素体转变动力学的影响。结果表明，通过调整原始奥氏体晶粒尺寸并控制形变强化相变进程，可以获得在均匀细小的铁素体（2～3μm）基体上弥散分布着不同体积分数、颗粒状、细小M/A岛的双相组织。

采用数值模拟方法，对水口内钢水流场形态以及各种因素对水口沉积速率的影响作了分析研究。结果标明，滑板附近处以及水口底部的沉积比较明显；吹氩量对水口内的压力存在较大的影响，压力在滑动水口处存在突降；浇铸速度为1.2m/min的情况下，要防止吸气，最小吹氩量必须大于10L/min。Al2O3的沉积速率和Al2O3的质量浓度成线性关系；随着浇铸速度的提高，沉积速率也逐步增大。在吹氩量合适的范围内，吹氩能够降低沉积速率。对于同一拉速来说，吹氩量5L/min和30L/min对降低沉积速率的效果相近。

精冲时材料在狭窄的凸模、凹模间隙附近形成局部塑性剪切带，极易产生断裂、塌角过大等成形缺陷。本文在MSC/MARC中建立了轴对称精冲有限元模型，利用混合位移－压力的更新拉各朗日有限元方法对精冲局部剧烈塑性变形进行模拟，克服了剪切自锁和体积自锁，结合基于应变梯度、表面曲率的网格自适应技术，精确捕捉了应变集中现象。并通过MARC用户子程序实现了Schiffmann损伤功密度的半耦合计算，预测了精冲过程中材料损伤的发展，并预测了不同工艺参数下的零件塌角高度、光亮带高度和精冲力，最后利用模拟得出的最佳工艺参数获得了合格的零件。