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。

真空自耗电弧熔炼(VAR)是当前钛合金、镍基高温合金等材料高致密、高均匀、无缺陷大型铸锭的主要熔炼技术。数值模拟已成为理解VAR过程中多种尺度物理现象及指导VAR工艺参数优化的重要手段。本文系统梳理了近20多年来国内外在VAR铸锭凝固数值仿真模型、宏观传输行为、介/微观组织形貌与缺陷演化以及工艺参数对铸锭质量影响4个方面的模拟研究进展，并对本领域存在的不足及未来的发展进行了分析展望。

界面是材料加工过程中组织控制的关键所在，故对其动力学过程的准确理论描述非常重要。本文从熔化过程中液/固界面、凝固过程中固/液界面和固态相变过程中固/固界面的共性之处出发，对基于尖锐界面的非平衡界面动力学发展历史和现状进行了总结与分析。以二元合金凝固为例，本文首先介绍了局域非平衡条件下的界面动力学理论，包括界面动力学过程、稳态界面动力学理论和非稳态界面动力学理论。分析了一步跨界面溶质扩散和两步跨界面溶质扩散的物理本质。其次，介绍了完全非平衡条件下的界面动力学理论。对比分析了动力学能量方法和有效移动性方法在引入体积相非平衡扩散效应方面的应用情况。随后，简要介绍了部分溶质拖曳界面动力学理论。分析了当前引入部分溶质拖曳效应方法的不足。本文有望深化人们对非平衡界面动力学的认识与理解，同时为相关领域组织调控提供借鉴。最后，本文也对后续非平衡界面动力学理论的发展进行了展望。

Allvac 718Plus合金是在Inconel 718合金的基础上通过成分优化研制出的一种新型镍基高温合金，最高服役温度较Inconel 718合金提高约55 ℃，因其具有优异的抗蠕变、抗疲劳性能以及锻造、焊接等加工性能，在制造700 ℃服役部件上具有巨大潜力。作为一种应用时间较短的沉淀强化型高温合金，阐明其热处理过程中的第二相演变规律对于通过热处理调控组织从而优化合金性能具有重要意义。本文主要介绍了合金中的第二相，包括强化相γ′相、晶界相η相，以及在特定条件下析出的γ″相、δ相、σ相和C14 Laves相；分析了Allvac 718Plus合金标准热处理过程中γ′相和η相的析出行为，预固溶处理和直接时效处理的应用，以及长期时效过程中的第二相演变规律，提出复合γ″-γ′结构是实现合金长时服役的策略；结合高温服役过程中第二相的组织演变，分析了2种主要第二相对抗疲劳性能和抗蠕变性能的影响；确定了合金中缓慢的γ′相析出动力学与合金可焊性的匹配性，总结了Laves相和η相对焊接过程中的开裂及应变时效开裂的影响。

难熔高熵合金(RHEAs)是一种由多种难熔元素组成的新型合金，具有优异的高温力学、高温抗氧化、摩擦磨损、耐腐蚀和抗辐照等综合性能，有望应用于航空、航天、核能、石油化工和医疗器械等领域。受限于传统合金熔炼技术，目前制备的高熔点难熔高熵合金存在成型尺寸较小、元素偏析严重以及密度大等问题，极大地限制了难熔高熵合金的发展和应用。激光增材成形技术以高能量密度激光束为加热源，通过计算机辅助设计与控制实现金属材料“离散-堆积”成形过程，为突破难熔高熵合金的研究瓶颈提供了一条行之有效的途径。本文综述了近几年采用激光熔覆技术制备的难熔高熵合金涂层(RHEACs)的加工特性、显微结构和性能特点。重点讨论了合金成分、加工工艺对难熔高熵合金涂层相组成，显微形貌，显微硬度，以及耐磨损、耐腐蚀和抗氧化性能的影响，指出目前激光熔覆难熔高熵合金的研究现状、不足和挑战，并对其未来的发展趋势进行了展望。

超高强度钢中亚稳奥氏体调控是协同提升其强塑性的重要策略。亚稳奥氏体在拉伸变形过程中能够通过形变诱发马氏体相变来延迟颈缩并增强材料的加工硬化能力。在超高强度钢部件轻量化及载荷复杂化的趋势下，迫切需要进一步提升其断裂韧性，在保证强塑性的基础上，如何利用亚稳奥氏体相增韧是当前研究的重点之一。亚稳奥氏体可以通过相变过程及与裂纹的相互作用导致裂纹的偏转/钝化，来提高材料断裂韧性，但相变产生的新鲜马氏体具有本征脆性，同时微观结构中复杂的力学配分行为改变了裂纹尖端的应力状态，导致相变增韧效应的减弱甚至材料的脆化。本文综述了亚稳奥氏体对高强钢断裂韧性影响的研究进展，总结了其增韧及脆化机制，并展望了未来面向协同强韧化的亚稳奥氏体设计及理论研究。

难熔高熵合金(RHEAs)具有高热稳定性、良好的高温力学性能和优异的高温抗氧化性能，有望作为一种潜在的耐高温结构材料使用。为了降低RHEAs密度、改善其高温抗氧化性能，本工作向CrNbTiV合金中添加Al元素，制备了一系列CrNbTiVAl _x (x = 0.25、0.5、0.75、1.0)难熔高熵合金。采用XRD、SEM、EDS和电子万能试验机等手段研究Al含量对CrNbTiV难熔高熵合金微观组织、力学性能和高温氧化行为的影响规律。结果表明，CrNbTiVAl _x 合金的微观组织由bcc、Laves和α-Ti相组成，bcc相以等轴晶形式分布。随着Al含量的增加，合金的密度逐渐减小，屈服强度由2037 MPa降低至1371 MPa；比屈服强度由CrNbTiVAl_0.75合金的215.93 MPa·cm³/g增加至CrNbTiVAl_0.25合金的323.33 MPa·cm³/g。CrNbTiVAl _x 合金在900 ℃氧化时的氧化动力学遵循抛物线规律，增加Al含量有利于提高合金的高温抗氧化性能。CrNbTiVAl _x 合金氧化后的氧化产物是由Al₂O₃、(CrNbTiVAl)O₂和VO _x 组成的混合结构。当Al含量较低时，合金表面形成的连续、紧密的复杂氧化物(CrNbTiVAl)O₂有效阻止了O₂向基体内的扩散。随着Al含量的增加，复杂氧化物(CrNbTiVAl)O₂含量减少，表面形成了更加致密、连续且细小的Al₂O₃氧化膜，从而显著提高了合金的高温抗氧化性能。

M₂₃B₆金属硼化物是很多金属材料中的强化相。为揭示该化合物相在Fe-Co-B合金中的形成问题，本工作采用熔融玻璃净化法进行了名义成分合金(Fe_{1 - x} Co _x)_79.3B_20.7 (x = 0~1)的深过冷凝固实验。研究发现：当x ≤0.6时，随着过冷度的增加，初生相依次从M₂B、M₂₃B₆转变为α-M/M₃B，并且0.4 < x ≤0.6成分的合金存在L + M₂B→M₃B的包晶转变；对于x >0.6的合金，小过冷度下凝固的初生相为M₃B，随着过冷度的增加，初生相进一步从M₂B、M₂₃B₆向α-M/M₃B变化。随着Co含量增加，M₂₃B₆相析出的临界过冷度减小，M₂₃B₆相的稳定性提高。

凝固/固态相变过程中的微观组织演化对材料的组织控制及性能优化具有重要意义，如何实现凝固-固态相变微观组织演化的全流程一体化数值模拟是当前材料微观组织模拟领域的前沿课题。本工作以Au-Pt合金为例，基于多相场模型和微观组织信息传递算法，研究了不同初始成分条件下凝固和固态相变过程微观组织的演化规律。实现了凝固-固态相变微观组织演化全流程一体化预测，揭示了凝固过程中微观偏析和晶界对后续脱溶析出和调幅分解过程的影响机制。

Al-Nb-B细化剂兼具优异的组织细化效果和良好的抗Si毒化性能，是铸造铝合金的理想细化剂。为改善传统熔炼法所制细化剂母合金中形核质点分布不均匀的问题，本工作通过熔融盐反应制备细化剂母合金，从而使细化剂中形核质点弥散分布。结果表明，与传统的熔炼法相比，熔融盐反应法不仅促进了形核质点的弥散分布，还降低了细化剂中形核质点的平均尺寸(10 μm→1 μm)，进而提高细化剂对铝合金晶粒尺寸的细化效率(34%→79%)。在此基础上，对铸态熔融盐细化剂进行了热挤压/冷轧变形处理，进一步提高了形核质点分布的弥散性，其中热挤压态细化剂的细化效果更好，且抗衰退性能优异。最终，研究了热挤压态熔融盐细化剂对铸造铝合金ZL104和ZL114A微观组织及力学性能的影响。结果表明，该细化剂将ZL104和ZL114A合金的晶粒尺寸分别细化79.2%和78.5%，并显著降低了合金的铸造缺陷，提高了塑性和冲击韧性，具有较高的工程应用价值。

脉冲电流辅助成形工艺具有提高成型能力及细化微观组织等优点，被广泛用到各种塑性变形过程中。然而，关于脉冲电流在动态挤压变形过程中的作用尚不明确。本工作利用脉冲电流辅助挤压(EPAE)技术，研究了脉冲电流对于AZ91镁合金挤压过程中动态析出和微观组织的影响。结果表明，在能够完全动态再结晶(DRX)的临界变形条件下，EPAE工艺可以降低AZ91镁合金挤压过程中β-Mg₁₇Al₁₂相的体积分数并促使其发生球化，同时能够促进平均晶粒尺寸和最大基面织构强度的增加，且峰值电流密度越高，效果越明显。与常规热挤压相比，峰值电流密度为6.4 × 10⁷ A/m²的EPAE工艺促使AZ91镁合金中β-Mg₁₇Al₁₂相的体积分数从76.9%降低至16.5%，平均晶粒尺寸从1.07 μm增加至3.54 μm，最大织构强度从3.39增加至5.92。在不均匀分布的β-Mg₁₇Al₁₂相的钉扎作用下，最终EPAE态AZ91镁合金内部形成双峰组织。实验及理论分析表明，脉冲电流中热效应和非热效应的共同作用所导致的AZ91镁合金挤压过程中的Gibbs自由能变化量和原子扩散通量的提高是上述实验现象发生的主要原因，在促进了β-Mg₁₇Al₁₂相的溶解及其附近Al溶质原子均匀分布的同时提高了晶界迁移速率。同时，脉冲电流可以通过其漂移电子对基面<a>滑移的加速作用促进β-Mg₁₇Al₁₂相颗粒贫乏区中晶粒的旋转。

Fe₇(CoNiMn)₈₀B₁₃共晶高熵合金在非平衡凝固过程中存在复杂的相变及微观组织演变行为。为了揭示其非平衡凝固特征及组织演变机理，本工作采用熔融玻璃包覆法对Fe₇(CoNiMn)₈₀B₁₃共晶高熵合金进行了深过冷凝固，研究了该共晶高熵合金的深过冷凝固行为及微观组织演变特征。结果表明，Fe₇(CoNiMn)₈₀B₁₃共晶高熵合金在深过冷凝固过程中的凝固路径及凝固组织可以分为5类。在小过冷度下(ΔT < 57 K)，冷却曲线只有一次再辉现象，对应的凝固组织为初生富B相+ α-(Fe, Co, Ni, Mn)包晶相+共晶组织。在中等过冷度下(ΔT = 57~111 K)，冷却曲线上出现2次再辉现象，对应的凝固组织可以分为2种：第一种为初生M₂₃B₆枝晶+次生α-(Fe, Co, Ni, Mn)晕圈+规则共晶；第二种为初生α-(Fe, Co, Ni, Mn)枝晶+规则共晶。在大过冷度下(ΔT = 139~198 K)，冷却曲线再次表现出单再辉现象，对应的凝固组织也可以分为2种：第一种为富B相 + M₂₃B₆ + α-(Fe, Co, Ni, Mn)，3相各自存在；第二种为M₂₃B₆ + α-(Fe, Co, Ni, Mn)的反常共晶。随着过冷度的增加，初生相的种类发生了2次转变：富B相→M₂₃B₆相→α-(Fe, Co, Ni, Mn)相。另外，小过冷度下获得的规则共晶中共晶2相的取向关系与大过冷度下获得的反常共晶中共晶2相的取向关系一致。

高温蠕变性能是评价耐热铝合金材料性能的关键指标，是衡量其在高温环境中能否长期稳定应用的重要依据。本工作采用选区激光熔化技术制备了一种新型Al-9Si-3Fe-2Mn-Ni (质量分数，%)合金。通过单轴拉伸蠕变实验研究了该合金在变形温度300~400 ℃和加载应力33~132 MPa条件下的蠕变行为。结果表明，合金在实验条件下具有良好的蠕变性能。应力指数在6.4~13.6之间，并随温度的升高而降低，蠕变变形过程受位错蠕变机制控制。在低于350 ℃时，合金内连续的Al-Si共晶网络通过载荷传递行为降低总应力水平，大体积分数的金属间化合物(IMC)通过Orowan机制进行强化。随着温度的升高，Al-Si共晶组织发生破碎和溶解，IMC和分散Si相起主要强化作用。较高的加载应力可增加合金内的位错滑移系，加剧位错与析出相的相互作用，促进合金失稳与变形，从而降低蠕变寿命。

激光粉末床熔融(LPBF) 3D打印技术具有跨维度多尺度成形的技术特点，同时表现出非平衡快速凝固的冶金特征，与传统制造工艺形成的微观组织存在明显差异。基于传统制造工艺发展而来的热处理工艺难以适用于LPBF制备的样品，因此，研究LPBF打印件专用的后续热处理制度对于其组织和性能调控具有重要的意义。本工作以LPBF制备的GH4099合金为研究对象，研究了后续热处理对3D打印高温合金非平衡微观组织和高温力学性能的影响。结果表明，固溶处理不仅影响打印组织的再结晶行为，而且也与碳化物和γ'相的析出行为密切相关，因而对GH4099合金的高温延伸率影响较大。LPBF制备GH4099合金中的多尺度异质结构使其组织热稳定性明显高于传统铸锻件，因此需要更高的固溶热处理温度以促进其完全再结晶。经1150 ℃固溶处理1.5 h后，GH4099打印件中柱状晶转变为等轴晶并形成大尺寸孪晶，同时晶界处M₂₃C₆碳化物的析出也受到抑制。在随后的时效热处理过程中，由于再结晶释放了3D打印晶粒内部储存的畸变能，使得基体中γ'相的析出受到了明显抑制。基于上述结果，通过优化热处理制度，GH4099合金打印件实现了高温强度和塑性的良好匹配。

含Al奥氏体耐热(AFA)钢有望应用于超超临界火电机组高温部件，但其高温强度和稳定性目前还有待于进一步提高。本工作研究了预时效处理对冷轧含Al奥氏体耐热钢的析出行为、组织演变和力学性能的影响。结果表明，预时效显著影响了冷轧AFA钢在高温时效过程中的位错强化与析出强化的协同强化机制。预时效试样中的纳米析出相对晶界和位错具有较强的钉扎作用，可增加形核位置及相变驱动力，从而增强了析出强化作用。与冷轧10%试样相比，预时效24 h + 冷轧试样中的Laves相和B2-NiAl相对晶界和位错具有更强的钉扎作用，有效阻碍了位错滑移，导致局部应力集中，为析出相的形成提供更多的形核位置及相变驱动力，加速了相转变过程，析出相的体积分数显著提升。冷轧和预时效+冷轧均使得材料的强度和硬度呈现先升高后降低的趋势。

为了探索共晶高熵合金在增材制造过程中的快速凝固行为，本工作研究了冷却速率等凝固条件对共晶高熵合金相面积分数、相成分、晶粒形貌及力学性能的影响规律。通过铜模浇铸和选区激光熔化(SLM)分别制备Ni_43.5Co₁₉Cr₁₀Fe₁₀Al₁₅Ti₂Mo_0.5共晶高熵合金，采用SEM、EBSD及TEM对其凝固行为进行了分析，并测试了对应凝固条件下的力学性能。结果表明，在冷却速率最低的铸态试样心部，fcc领先相较多且形成等轴晶，而B2相的相面积分数为16.9%。在冷却速率更快的铸态试样表层，fcc领先相明显减少，B2相面积分数增加至23.0%。同时，铸态试样中各个区域B2相中Al元素浓度均为23.2% (原子分数，下同)。然而，在冷却速率最大的SLM试样中，B2相的面积分数最小，垂直于打印方向的统计结果为15.8%，且B2相中Al元素浓度降低至16.5%。SLM试样中B2相面积分数的下降是由于过快的冷却速率引起溶质截留，形成过饱和固溶体，导致达到共晶成分的液相减少。此外，扫描速率较大时，温度梯度较大，SLM试样普遍由柱状晶组成；当扫描速率降低至500 mm/s时，由于温度梯度减小，发生了柱状晶-等轴晶转变。SLM试样的力学性能优于铸态试样，平均室温抗拉强度达(1320.5 ± 4.5) MPa，平均断裂延伸率达到(25.8 ± 2.2)%。