金属材料是以金属元素为主或由金属元素构成的具有金属特性材料的统称。自人类发现“百炼成钢”的奥秘开始，金属材料就因其耐热、耐蚀以及良好的导电等特性，成为使用最广泛的材料之一。“一代材料、一代装备、一代产业”，高性能金属材料是高端装备性能跃升的基础，在交通运输、建筑结构、武器装备等各个领域发挥着不可替代的作用，为国防和国民经济建设提供了重要支撑。
随着科学技术的进步，人类对金属材料提出了新要求：一是要最大限度提高已有金属材料性能，挖掘其潜力，使其产生最大效益；二是开拓金属材料新功能，以满足新型装备对力学、物理、化学等性能更高更广泛的要求。发展高性能金属材料的途径主要有两种：一是开发性能更加优异的新型金属材料；二是利用新原理、新工艺提升已有金属材料性能。
▲ 典型异构材料的微观结构和力学性能：（a）梯度结构；（b）非均质片层结构；（c）核壳结构；（d）叠层结构。在金属结构材料领域，人们以纳米组织为基体，设计和制备出梯度结构、非均质片层结构、核壳结构、叠层结构等异构材料（heterostructured material），突破了传统均质金属材料难以兼顾强度与塑性的困境。异构材料的主要特征是材料中至少存在两种性能差别较大的组织结构。图为几种典型的异构材料的微观结构及对应的力学性能
传统金属材料高性能化手段主要有细晶强化、固溶强化、第二相强化、加工硬化等，这些手段大多以牺牲材料某一性能为代价从而提高材料的其他性能，很难实现金属材料综合性能的同步全面提升。金属材料中的晶界、孪晶界等，对材料强度、塑性、磁性、导电率等性能具有显著影响。通过设计调控缺陷的种类、尺度、密度及分布等可以实现材料性能的提升。近年来，材料学家从自然界中获取灵感设计出了一些新颖的微观结构，如模仿坚硬贝壳设计出的梯度结构，以及模仿坚韧竹子设计出的层片结构等，已被证实能够有效提升材料性能。但这些金属材料缺陷及新结构中蕴含的高性能化原理与方法尚未得到系统阐释。
《金属材料高性能化原理与方法（上下册）》
陈光 等 著
ISBN 978-7-03-079407-9
ISBN 978-7-03-079408-6
▲ 马氏体 + 残余奥氏体复相钢微观组织及力学性能图。图中，M：马氏体；PAGB：原始奥氏体晶界；γ：奥氏体；α：铁素体；Q&P：淬火-配分；Q&T：淬火-回火。陈光等通过合金成分设计结合淬火-配分工艺，获得的原始奥氏体晶粒细小[图（a）]，马氏体为高密度位错的细板条马氏体和细小共格纳米孪晶马氏体，马氏体板条间存在细小薄膜状残余奥氏体的理想组织[图（b）、（c）]。纳米孪晶马氏体结构的存在对钢具有附加强化作用，提高了钢的强度。孪晶也可以诱发塑性变形，改变晶体取向，实现硬取向向软取向转变，促进滑移产生，同时，残余奥氏体被纳米孪晶马氏体包围，薄膜状残余奥氏体在高应变下易发生协调变形，获得了优异的伸长率[图（d）]
学术性强。内容涵盖了金属材料从成分设计到制备加工，再到服役性能考核及高性能化原理诸方面最新最全的代表性科研成果，全面揭示了金属材料高性能化的新原理与新方法，可为相关专业学生自学及后续科研提供参考。
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本文摘编自《金属材料高性能化原理与方法（上下册）》一书“前言”，有删减修改。
（材料先进成型与加工技术丛书/申长雨 总主编）
国家出版基金项目
“十四五”时期国家重点出版物出版专项规划项目
金属材料高性能化原理与方法（上下册）
陈光 等 著
ISBN 978-7-03-079407-9
ISBN 978-7-03-079408-6
丛书策划：翁靖一
本书为“材料先进成型与加工技术丛书”之一。金属材料是人类使用最广泛的材料之一，在国防建设和国民经济发展中发挥着不可替代的作用。随着科学技术的进步，金属材料朝着高性能化、功能化等方向快速发展，以满足新型装备对力学、物理、化学等性能更高更广泛的要求。本书总结了作者团队在超高强度钢、新型高温合金、非晶合金及其复合材料、高强韧镁合金、高强高导铜及其复合材料、高强韧铝基复合材料、晶界强化金属材料、磁相变合金及其磁驱动效应、新型热电材料等金属材料的最新研究成果，详细探讨了提高金属材料力学和理化性能的新原理与新方法。
本书可作为普通高等学校材料类、机械类相关专业学生和教师的参考书，也可用作研究机构和企业中相关工作人员的技术参考。
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（本文编辑：刘四旦）
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