扩散动力学信息是深入理解合金的相变机制、微观组织形成和演化机理的关键参数，也是实现新型钴基与Nb-Si基高温合金设计与研发必要的基础物性数据。首先，本文系统地归纳了高温合金中常见的合金化元素及其作用。随后，详细介绍了合金体系中自扩散系数与杂质扩散系数的机器学习计算方法、互扩散系数的实验测定方法以及示踪扩散系数的分子动力学计算方法，并介绍了本课题组在新型钴基与Nb-Si基高温合金多元扩散动力学数据库建立与完善方面的工作。最后，介绍了扩散动力学数据库在微观组织模拟、合金设计等领域的应用，并对扩散动力学数据库的完善及应用方面的发展进行了展望。

核聚变反应堆中，W因为其高熔点、高导热性、低溅射率和低氚(T)滞留等优势，成为面向等离子体材料中最有应用前景的候选材料。在服役过程中，W会受到低能高束流等离子体的辐照作用，导致材料表面产生微纳尺度的损伤结构，如表面起泡和表面纳米组织等，引起导热性能和力学性能下降，从而严重影响其再服役性能。本文聚焦于国内外关于氢/氘(H/D)等离子体作用下W的辐照损伤行为的研究现状，总结了气泡的形核和长大机制，以及辐照缺陷对导热、力学和再服役性能的影响机制，为W组织结构优化、性能预测和服役寿命评价提供理论基础。

多尺度残余应力贯穿于工程部件设计、生产、加工和服役的全生命周期，对工程部件的长寿命可靠服役具有重要意义。残余应力具有多层次、跨尺度的分布特征，在温度、载荷等服役环境作用下发生动态演化，给精确表征带来了很大困难。相较于传统实验室X射线残余应力测量方法，中子衍射、同步辐射高能X射线衍射和同步辐射微束衍射技术在穿透深度、时间分辨率、空间分辨率、环境装置等方面具有显著优势，能够实现宏观残余应力、晶间/相间微观应力、晶内超微观应力3类残余应力的原位无损精确表征。本文详细介绍了上述基于中子/同步辐射大科学装置的多尺度应力表征技术的测量原理、应用范围和典型应用案例，并对相关技术的发展进行了展望。

阻尼材料主要通过内耗把振动能转化为其他形式的能量而减少振动和噪声，这种从材料本身入手来实现减振降噪的方法最为直接和有效。作为一种新兴的结构功能一体化钢铁材料，高锰减振钢依靠其大量的ε马氏体和层错等作为阻尼源而呈现突出的阻尼特性，在力学性能、成本以及适用范围等方面也具有独特的综合优势。结合团队前期取得的研究结果，本文主要对高锰减振钢的国内外研究和发展情况进行综述。首先，对高锰减振钢的微观组织特征进行介绍，分析热与变形诱导条件下奥氏体、ε马氏体和α'马氏体间的相互转变行为；其次，总结了高锰减振钢的力学行为与加工硬化机制以及阻尼性能和机理，对比几种强化机制对于力学性能的影响规律，并阐明了影响高锰减振钢阻尼性能的关键性因素；最后，指出了高锰减振钢研发过程中存在的问题，并对未来的研究进行展望。

材料的轻量化是一个永恒的课题。Fe-Mn-Al-C钢密度低，综合性能良好，日益得到材料研究领域和工业界的重视。在Fe-Mn-Al-C轻质钢中，通过对合金成分和工艺参数进行设计，可以获得不同的显微组织，得到力学性能范围很宽的高性能钢。新一代轻质高强Fe-Mn-Al-C钢的组织演变和变形机制有很多与其他钢铁材料不同的特点，涉及到许多新的物理冶金问题，需要对其进行深入研究。本文对近年来奥氏体基Fe-Mn-Al-C轻质钢中合金元素的作用、组织与性能之间的关系及变形机制等方面的研究进行综述，并对未来的研究方向做了展望，提出应进一步加强在新型Fe-Mn-Al-C轻质钢的合金设计、组织设计与调控、变形机制的定量分析及成形与使役性能等方面的研究，为高性能Fe-Mn-Al-C轻质钢的开发与应用奠定基础。

鉴于晶体塑性有限元法(CPFEM)在晶粒模型构造、取向设置和边界条件施加上的自由，对典型的铁素体-铁素体对称倾斜和扭转双晶模型实施不同应力状态下的变形模拟，分析应力状态和晶粒相对取向对晶界区应变分布和硬化行为的影响。结果表明，晶界区应变均匀程度由晶间滑移传递因子和滑移分切应力因子共同决定，晶粒的晶界区变形均匀程度与滑移传递因子正相关，主要由滑移传递因子控制晶间变形协调行为。然而，软取向晶粒(由应力状态和取向决定)的晶界区变形均匀，滑移传递因子对晶界区的应变协调不造成影响。此外，当滑移传递因子和滑移分切应力因子都很小时，易造成晶界区应变集中，使得晶间变形协调困难。因此，将滑移传递因子和滑移分切应力因子结合的晶间变形协调预测结果更为合理。双晶模型的流动应力与滑移分切应力因子负相关，晶界区非均匀变形易引发几何必需位错增殖，促进晶界处强化。

为了揭示高熵合金中晶界对塑性变形机制的影响，利用分子动力学模拟方法研究了具有不同初始取向组合的等主元FeMnCoCrNi高熵合金双晶在单轴拉伸变形中的力学性能与变形系统演化，并揭示了晶界与拉伸方向的位向关系对高熵合金力学行为的影响。结果表明，对研究的所有双晶模型而言，位错优先在晶界处形核并向两侧的晶粒内滑移。在变形过程中，晶界发生了不同程度的宽化和弯曲。当晶界与拉伸方向垂直时，颈缩易于在晶界处发生，这导致双晶的流变应力随外加载荷增大而降低。而当晶界平行于拉伸方向时，在整个塑性变形过程中模型保持1 GPa以上的流变应力。相对于其他双晶而言，[111]与[110]取向组合的双晶流变应力波动幅度最大，同时呈现出最强的加工硬化能力。其中应力的下降归因于大量的位错发生了滑移，而高的硬化能力则是由较多的ε-马氏体、层错以及孪晶形成所致。此外，还对比了FeMnCoCrNi、FeCuCoCrNi和纯Cu 3种材料的变形行为。与Cu相比，FeMnCoCrNi和FeCuCoCrNi高熵合金中的晶格畸变使晶界更加粗糙，这使得外加载荷作用下位错易于形核，且层错能较低的FeMnCoCrNi中形成的ε-马氏体最多。

采用实验和模拟相结合的方法研究了含偏析元素Sb的体心立方Fe-3%Si合金再结晶织构间的竞争。结果表明，偏析元素通过抑制γ (<111>//ND，ND为轧面法向)再结晶晶粒向α (<110>//RD，RD为轧制方向)等低储能形变晶粒的入侵，削弱γ再结晶织构组分、强化α等再结晶织构组分，形变织构和临界入侵半径是影响偏析效应的主要因素。构建了基于形核与长大动力学的偏析干预下再结晶织构竞争关系模型，模拟了γ再结晶晶粒向α形变晶粒入侵行为对临界入侵半径和形变织构的依赖性及其动力学过程。指出偏析元素可以通过延长入侵孕育期并降低入侵速率来抑制γ再结晶晶粒消耗α形变晶粒，抑制效果随临界入侵半径和γ形变织构含量的提高先增强后减弱。

利用实验和热力学计算研究了镍基高温合金的增材制造裂纹敏感性，发现镍基高温合金增材制造裂纹以热裂纹为主，热裂纹敏感性系数(HSC)与实测裂纹面积分数相关性高。基于实验数据和热力学计算结果，建立高温合金裂纹敏感性的机器学习预测模型，该模型具有良好的预测和泛化能力，在训练集上和验证集上的相关性系数(R²)分别达到0.96和0.81，可以快速有效地计算出高温合金的热裂纹敏感性。采用SHapley Additive exPlanation (SHAP)方法对模型中的输入参数进行特征分析，获得了合金元素对裂纹敏感性的影响规律，并根据SHAP值对合金元素的裂纹敏感性影响进行了排序。结果表明，沉淀强化元素Ti、Al和微量元素C、B对镍基高温合金的裂纹敏感性的影响较大，其余合金元素对裂纹敏感性的综合影响排序为：Re > W > Cr > Mo > Ta > Co。

基于Pandat相图设计了一种新型的Mg-0.2Ce-0.2Ca (质量分数，%)三元合金，经常规挤压变形后的屈服强度约364 MPa、总合金化含量约0.4%，实现了高强度、低合金化。对挤压过程中不同阶段的组织进行表征，发现Mg-0.2Ce-0.2Ca合金中的孪晶存在于挤压的整个阶段，表现出了高的孪晶迁移阻力，并且在挤压变形的中后期，部分动态再结晶晶粒沿着孪晶变体交割区域形核，导致孪晶界面比例显著降低。Mg-0.2Ce-0.2Ca合金在挤压变形的早期阶段即存储了大量<c + a>位错，这些位错的运动阻力大，因此位错主导的回复再结晶机制直至挤压变形的后期才大量启动，并直接促进了该阶段镁合金中高比例超细晶粒的形成。分析认为，Mg-Ce-Ca合金挤压过程中微观组织演变的主要原因是Ca元素的添加提升了Mg基体孪晶运动阻力，且Ce、Ca元素的共添加诱导了多系滑移。