先进航空发动机高压压气机550～600 ℃环境使用的关键/重要件对600 ℃高温钛合金提出迫切需求。但是，难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造，采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制造技术的典型代表，拥有材料设计-制造一体化、复杂设计-定制一体化等独特优势，为600 ℃高温钛合金新材料/新技术研发提供了新的途径。目前国内外已开始关注通过增材制造的方式制备600 ℃高温钛合金，重点研究材料-工艺-组织-性能的关系。本文首先简要回顾600 ℃高温钛合金研究，其次重点介绍不同增材制造工艺下600 ℃高温钛合金沉积态和后处理态的微观组织特点；在综合性能研究方面，列举并分析拉伸性能、蠕变性能、热疲劳性能和抗氧化性能等关键性能；在复杂设计/复合结构章节，论述以600 ℃高温钛合金为基体的复合材料和梯度结构增材制造的研究进展。最后，对增材制造600 ℃高温钛合金材料开发、复合工艺探索、缺陷控制和性能评价标准建立等研究方向进行展望。

随着深空探测、极地科考、低温贮运等低温领域的快速发展，对低温材料的要求越来越高，低温材料逐渐成为目前国内外的研究热点。本文综述低温钢、铝合金、钛合金、铝基复合材料以及树脂基复合材料等常见结构材料的低温性能，归纳不同晶体结构、合金种类、合金元素等因素对结构材料的低温强度、塑性与韧性等力学性能的影响及低温变形和强韧化机理，介绍不同种类低温结构材料在国内外重要领域的应用，提出了低温材料未来的研究展望。

未来航空发动机推重比等性能不断提升，对钛合金部件的高温力学及结构稳定性等提出更高的需求。传统实物实验在时间、空间尺度的局限性日益凸显，对于微观瞬态现象及机理的深入研究存在一定难度。而分子动力学（molecular dynamics，MD）计算技术以原子/分子模型为计算对象，在引入牛顿经典力学与经验参数的基础上，较量子计算方法大幅度提高了计算效率，从而成为实现航空发动机钛合金工艺参数优化与组织性能计算的重要技术途径。本文在概述MD计算空间与时间尺度优势基本原理的基础上，重点介绍通过MD计算方法研究钛合金成形制造、微观组织与结构、力学与热力学性能、材料设计和力场开发等方面的研究进展，以及有助于航空发动机钛合金耐高温性能提升的代表性结论。最后结合航空发动机钛合金对MD计算技术的需求，展望未来研究方向，指出基于MD计算方法的钛合金高通量成分设计、训练针对成熟钛合金成分体系的分子力场和将新型ReaxFF（reactive force field）反应力场引入钛合金燃烧机理研究中面临的挑战。

高强Ti-5Al-3Mo-3V-2Zr-2Cr-1Nb-1Fe（Ti-5321）合金是顺应我国新一代飞机对高性能钛合金的需求设计而开发的一种新型高强损伤容限型钛合金。以Ti-5321合金为研究对象，构造等轴组织（EM）、网篮组织（BW）和细网篮组织（F-BW）三种典型组织，研究拉伸及疲劳裂纹扩展行为，利用光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）观察组织和断口，揭示高强钛合金Paris及失稳扩展区的疲劳裂纹扩展机制。结果表明：三种组织试样的抗拉强度均在1200 MPa以上，且整个裂纹扩展阶段均表现出优异的疲劳裂纹扩展抗力；细网篮组织疲劳裂纹扩展抗力最高，等轴组织疲劳裂纹扩展抗力最低；Paris区及失稳扩展区疲劳裂纹主要以穿过初生α相和沿着初生α相两种方式进行扩展，裂纹扩展方式与α相的晶体学取向密切相关，裂纹倾向于穿过有利于（$ \bar{1} 011$）<$ {1}2 \bar 10$>锥滑移的α丛域，绕过有利于（$10\bar10 $）<$ 1\bar{2}10 $>柱滑移的α丛域。

研究单/双重时效热处理对TB9合金次生α相形貌及力学性能的影响规律。借助XRD分析合金相组成，采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察显微组织，着重分析微观组织形貌随时效温度变化的演变特征，测试室温拉伸性能和断裂韧度。研究结果表明：单重时效时，晶粒内次生α相呈锯齿状和片层状析出，随着时效温度升高，α相尺寸增大，片层状α相含量增加；430 ℃时效时，合金强度较低，塑性较好，在470 ℃时效时合金强度最高；随时效温度的提高，强度先增大后维持在同一强度水平。双重时效时，晶粒内次生α相主要呈锯齿状析出，随时效温度升高，α相尺寸增大，抗拉强度先升高后降低，最高可达1542 MPa，且塑性变化较小。双重时效下合金的抗拉强度较单重时效大幅提高，这主要是由于晶界附近第二相析出强化和晶内锯齿结构α相的共同作用。

综述钛/钛合金复合材料的最新研究现状与应用前景，阐述其在高比强度、轻量化、耐热稳定性及耐磨性能方面的优势，使之成为航空航天、军事装备和医学等高科技领域的关键材料。概括添加增强相使得钛基复合材料力学性能、耐磨性以及热稳定性方面稳步提升的研究成果，揭示不同加工技术改善复合材料晶粒和性能的进展，指出复合材料在高温、高压环境下稳定性及界面黏结强度方面仍面临挑战，需要通过优化增强体分布、结合方式及新型复合体系来解决。此外，表面纳米化技术与数字化仿真的结合为钛基复合材料性能优化提供新途径，而界面强化和热稳定性研究将成为未来发展的关键。最后，明确钛基复合材料的性能提升与加工技术的创新是实现其在极端环境下广泛应用的核心，亦是推动复合材料性能进一步突破的方向。

航空材料的缺陷容限性能是航空产品结构设计的重要依据。以直升机传动系统用TC4钛合金作为对象，开展材料冲击和划痕两种预损伤条件下的缺陷容限性能研究。选取缺陷容限设计典型缺陷尺寸参数制备疲劳试样并开展高周疲劳S-N曲线测试，结果表明：缺陷显著降低TC4钛合金的疲劳极限值，在相同缺陷深度条件下，划痕缺陷的缺陷影响系数K_flaw值为2.29，显著高于冲击坑缺陷的K_flaw值1.75。通过对典型试件断口进行分析，获得划痕和冲击坑缺陷疲劳裂纹萌生和扩展规律。其中划痕缺陷失效以多源特征为主，萌生于划痕缺口根部；而冲击坑缺陷疲劳裂纹萌生特征随疲劳加载应力变化，高应力下呈现多源特征，裂纹萌生于缺口表面，低应力下裂纹萌生于缺口次表面位置。

钛基复合材料（TMCs）作为新一代轻质高性能金属结构材料在航空、航天等重大装备领域展现出广阔的应用前景。与传统微米增强TMCs相比，纳米增强TMCs在强塑性协同与热变形能力等方面展现出更为显著的优势，但目前由于纳米增强体分散性和热稳定性等问题，材料的性能潜力尚未充分发挥。如何设计TMCs的复合体系和制备途径引入纳米增强体，并在热加工与热处理过程中保持稳定性，一直是纳米颗粒增强TMCs面临的严峻挑战。本文围绕粉末冶金纳米颗粒增强TMCs工艺特点、制备方法、组织特征与力学性能等方面分析研究现状和进展，指出纳米增强体分散性、热稳定性等制约其发展的基础问题，提出未来研究的发展方向。未来应侧重的研究方向有：（1）碳纳米材料增强TMCs的界面反应控制与热稳定设计；（2）纳米颗粒增强TMCs粉体的批量化低成本制备技术；（3）纳米颗粒增强TMCs专用热变形及热处理工艺研究；（4）纳米颗粒增强TMCs组织构型化设计及强韧化机理研究；（5）纳米颗粒增强TMCs材料其他关键力学性能研究。

近α型高温钛合金室温抗拉强度一般小于1200 MPa，600 ℃高温抗拉强度不超过750 MPa。在近α型高温钛合金Ti65团簇式α-{[Al-Ti₁₂]（AlTi₂）}₁₂+β-{[Al-Ti₁₄]（Mo_0.08Si_0.4Nb_0.1Ta_0.32W_0.14Sn_0.96Zr₁）}₅基础上，本工作将β-Ti结构单元中的元素部分替换，用Zr元素取代部分Ti元素，以提升β相高温稳定性，从而改变α和β相团簇式比例，设计出成分式为α-{[Al-Ti₁₂]（AlTi₂）}_x +β-{[Al-Ti₁₃Zr₁]（Mo_0.125Si_0.5Nb_0.125Ta_0.5W_0.25Sn_0.5Zr₁）}_（17–x）（x=11、12、13和14）系列合金，其铸态组织为板条α相与残余β相组成的网篮组织。随着β相团簇个数增加，α相片层逐渐变细，抗拉强度升高。其中，当x=11时，合金名义成分为Ti-5.3Al-2.5Sn-7.6Zr-0.5Mo-0.5Nb-3.8Ta-0.6Si-1.9W（质量分数），室温抗拉强度高达1334 MPa，分别比锻造态IMI834和ZTi65合金提高28%和21%，断后伸长率仅为1.3%，低于锻造态IMI834和ZTi65合金。该合金在600 °C高温抗拉强度为856 MPa，分别比锻造态IMI834和ZTi65合金提高26%和37%，断后伸长率相同。

钛合金以其优异的强度、焊接性和良好的塑性在航空、航天和航海领域得到广泛应用。本工作采用选区激光熔化成形制备近α钛合金Ti-6.5Al-2Zr-Mo-V（TA15），基于共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能量色散谱仪（EDS）等方法，研究激光扫描速度对选区激光熔化成形TA15合金宏观形貌和微观组织的影响。结果表明：激光扫描速度变化对TA15合金成形质量具有显著影响。较高激光扫描速度会导致熔道波动不连续、表面出现不规则起伏；较低激光扫描速度会显著促进截面孔隙产生。激光扫描速度的提高导致合金内部马氏体尺寸先增加后减小，马氏体层级逐步降低。过低或过高的激光扫描速度使合金表面产生局部裂纹，这些裂纹处存在元素缺失及富集现象。激光扫描速度与合金成形质量之间的直接关系，可以为优化选区激光熔化成形TA15合金的工艺路线及方案提供参考，有助于TA15合金的进一步推广及应用。

通过悬浮熔炼工艺制备氧含量为0.08%（质量分数，下同）、0.12%、0.16%和0.2%的ZTA15钛合金铸锭，利用OM、SEM和XRD等设备研究氧含量对ZTA15钛合金显微组织及力学性能的影响。研究结果表明：4种不同氧含量的ZTA15组织均为典型的魏氏组织。随着氧含量的增加，α集束的长度变短，方向变得混乱，4种合金α板条片层宽度逐渐减小，分别为3.92、3.06 、2.49 μm和2.77 μm。随着氧含量的增加对合金的固溶强化效果增强，合金抗拉强度和屈服强度整体呈现出先升高后降低的趋势，塑性降低。氧含量为0.16%时合金屈服强度和抗拉强度最高分别为1037 MPa和909 MPa，当氧含量为0.2%时合金强度明显降低主要是因为形成了粗大的α相组织，此时合金塑性最低。

采用Gleeble-3500型热模拟试验机在变形温度为795～895 ℃且应变速率为 0.001～1.0 s⁻¹条件下对新型超高强韧TB17钛合金进行热模拟压缩实验，研究合金高温变形微观组织和塑性流动行为，建立流动应力本构模型。结果表明，合金流动应力随应变增加先快速增加，后轻微降低，最终趋于平稳。合金发生部分动态再结晶，以动态回复为主，流动应力出现轻微下降与合金部分动态再结晶有关。合金动态再结晶体积分数不高于40%，动态再结晶机制以弓弯机制为主。构建以Arrhenius 方程为基础的本构模型，得到合金在变形温度为795～895 ℃、应变速率为 0.001～1.0 s⁻¹条件下平均变形激活能Q值为205.48 kJ/mol，预测精度较高，平均相对误差δ_avg为3.987%，相关系数R为0.9972。该模型构建为TB17钛合金热变形过程流动应力提供准确预测，也为其他合金高精度本构模型构建提供参考。

采用钛合金碰撞摩擦点燃装置，将TC4钛合金转杆与TA7等钛合金碰摩试样进行碰撞以及持续摩擦，结合SEM等微观分析，对TA7和TC11钛合金抗点燃性能及产物进行研究，并得出了在这一特殊摩擦条件下的实验结果。研究结果表明：摩擦接触压力P_f和燃烧室压力P可作为有效的实验参数评价钛合金的碰摩点燃过程；根据P_f-P绘制的3种钛合金临界点燃曲线均呈线性规律，抗点燃性能：TC11 > TA11 > TA7；对碰摩点燃后的钛合金进行微观组织分析表明，钛合金燃烧反应区包括燃烧产物区（CPZ）、氧化物区（OZ）、热影响区（HAZ）以及摩擦产物区（FPZ）共4个区域；TC11点燃后形成的多层结构Al₂O₃有利于阻止Ti、O等元素互扩散，是其具有更优异抗碰摩点燃性能的主要原因。

采用数值模拟与实验相结合的方法，分析不同时刻热等静压ZTC4钛合金内部缩孔周边的位移变化、应力应变分布及缺陷弥合区内微观组织的演变规律。结果表明，在热等静压高温高压作用下，缩孔周边形成高应力应变区，距离缩孔表面越近，应力越大，随缩孔尺寸减小，应变集中程度增加。热等静压后缩孔位置形成放射状缩孔弥合区组织，弥合区内不同α/β集束的塑性变形程度不均匀，位错滑移系易开动的α/β集束内变形量较大，从而形成等轴晶组织。

钛合金熔模铸件广泛应用于航空航天领域，在制备过程中，钛与陶瓷型壳易发生反应，从而导致型壳开裂、铸件变形等问题。因此，开展型壳焙烧过程温度分布和变形行为研究，对于提升型壳性能、改善铸件质量具有重要意义。本工作采用改进的蒙特卡洛方法构建辐射传热模型，考虑热损伤影响，建立“热-力-损伤”力学本构模型，基于ABAQUS二次开发专用模拟软件，开展型壳焙烧过程数值模拟研究。对陶瓷型壳的关键热物性参数进行实验测试，为数值模拟提供数据支撑。通过平板试件对建立的模型进行实验验证，模拟和实验结果吻合较好。采用开发的模拟软件，对环形阶梯件陶瓷型壳不同方案焙烧过程温度分布和变形行为进行模拟研究，结果表明：焙烧过程中温度的不均匀分布会导致型壳变形甚至开裂，尤其在结构突出部位更为显著。此外，随着焙烧温度升高，型壳内部玻璃相黏度降低，也会加剧热应力积累和型壳局部变形。通过对陶瓷型壳焙烧过程温度与变形的模拟研究，为型壳焙烧工艺优化以及钛合金熔模铸件合格率提升提供理论依据和技术支撑。

采用激光定向能量沉积技术制备B₄C/TC4钛基复合材料，研究不同B₄C含量钛基复合材料成形沉积层的微观组织及力学性能。结果表明，在沉积过程中B₄C与TC4基体发生原位反应，生成TiC和TiB增强相。随着B₄C含量的添加，复合材料硬度显著提升，但塑性随之下降。当B₄C的质量分数为0.2%时，TiC和TiB析出相分布最为均匀，复合材料在获得最高强度的同时仍保持良好塑性，表现出最优的综合力学性能。该性能优化主要归因于高长径比TiB相的载荷传递效应、析出相对晶界的钉扎作用以及由此引发的晶粒细化等多种强化机制的协同作用。

原位合金化可灵活和快速调整合金成分，在研发具有独特微观结构的新型合金方面具有优势。本工作采用激光选区熔化（SLM）技术原位合金化制备新型的TC4-x316L合金（x=1%、3%和5%，质量分数），使用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和测试拉伸性能等方法研究316L含量和打印工艺参数（扫描速率和激光功率）对合金的显微组织及力学性能的影响。结果表明：随着316L含量的增加，合金的显微组织明显细化，马氏体α′相全部转化为β相，合金的硬度先增加后略有降低，含1%316L合金的拉伸强度最高。在激光功率为175 W，扫描速率为1000 mm/s时，TC4-1%316L合金屈服强度可达1200 MPa、抗拉强度1425 MPa、断后伸长率为6.8%，达到良好的强韧性匹配。

电弧熔丝增材制造（wire-arc additive manufacturing，WAAM）以金属丝材为填充材料、电弧为热源，在大型复杂构件制造中具有显著优势，但存在制备周期长，路径规划复杂及残余应力显著等问题。针对电弧熔丝增材制造制备复杂结构件时，不合理制备路径导致的残余应力集中与应变缺陷，使用有限元仿真软件优化沉积路径，并基于优化路径制备成形质量良好的栅格构件单元体。结果表明：未优化路径冷却后，薄壁处等效残余应力为 361 MPa，节点处高达666 MPa；而优化路径冷却后薄壁处等效残余应力将至206 MPa，两节点处分别为260、427 MPa。相较于未优化路径，优化路径节点残余应力最大降幅61%，薄壁应力降幅43%，且节点与薄壁的应力差异显著降小，残余应力诱发的形变与缺陷明显降低。采用优化路径制备的栅格构件单元体熔道结合紧密、成形质量良好，无明显残余应力变形，验证了此优化路径在电弧熔丝增材制造栅格构件残余应力控制中的可行性。