金属材料的高强度和高塑性一直是人们追求的目标，位错林硬化的不足是高强度下提高塑性所面临的挑战。提出利用强度差异较大的相结构或跨尺度的晶粒分布获得异构材料，塑性变形时在晶/相界面处引入应变梯度，实现背应力硬化，在高强度下获得满意的塑性。本文主要研究了两种金属材料中异构的拉伸变形行为与微结构演化，阐明了异构诱导背应力硬化的微结构机制。

  为此，选取了两类典型金属材料来获得异构。第一类是Fe-0.2C-7Mn (wt. %) 中锰钢，通过冷轧和临界区退火，得到双相异构。第二类是低层错能的Cu-15Al (at. %) 合金，通过冷轧和不同工艺退火，得到具有跨尺度晶粒结构的异构。

  针对以上两类异构，进行了系列力学性能测试及微观结构表征，揭示了变形物理和微结构演化机制，特别阐明了应变硬化机理。主要结论如下：

  针对双相中锰相变诱导塑性 (TRIP) 钢的异构，研究并获得了强度与塑性的良好匹配，达到了1.11和1.13 GPa的高屈服强度，同时仍保持31.7%和29.3%的均匀拉伸伸长率，且具有显著的屈服平台现象，可以达到15%-24%的拉伸应变，在均匀延伸率中占有很大比例。在拉伸变形过程中，样品的标距段内形成应变局域化带，并沿加载方向扩展，在局域化带的前沿造成显著的应变梯度，导致强烈的背应力硬化。同时，在带的前沿产生显著的TRIP效应，使带内的马氏体体积分数增加、位错密度增大，背应力和TRIP耦合效应延迟了应变局域化，使异构中锰TRIP钢样品表现出良好的拉伸塑性变形能力。在应变局域化带扩展过程中，带内奥氏体在屈服平台结束时已全部转变为马氏体，因此在随后的应变硬化阶段不存在TRIP效应。在屈服平台和应变硬化阶段，几乎没有可动位错产生，因此林位错硬化也不足以带来显著的应变硬化。背应力在整个拉伸变形过程中始终存在，是造成后续应变硬化的主要原因。在双相异构中锰TRIP钢的微结构中，KAM值在小晶粒的晶界处达到峰值，且随着应变增大而增大，为几何必须位错在晶界处堆积导致背应力硬化提供了直接证据。

  针对铜铝合金的异构，研究并获得了高强度下的高塑性，异构铜铝合金样品的屈服强度与粗晶样品相比提高到3倍以上，达到500和450 MPa，同时仍保持超过9.5%和23.7%的均匀延伸率。在拉伸变形过程中，在屈服点前存在弹塑性变形阶段，由异构带来背应力强化，从而获得屈服强度的提高。同时在应变硬化过程中，由于存在背应力硬化作用，提供额外的应变硬化，从而保持塑性变形，抑制颈缩破坏。统计表明，在异构铜铝合金塑性屈服时，KAM值在异构界面处达到峰值，并明显高于粗晶晶界处的KAM值，给出由几何必须位错持续塞积导致背应力强化的直接实验证据。