本文以热轧得到的304 ss（304 不锈钢）/ low C steel（低碳钢）/304 ss三明治结构的多层板作为模型材料研究层片材料的力学行为及其强韧化机理。文中所用的多层板通过焊接→热轧→退火→酸洗等工艺制备而成。随后对多层板进行轧制和热处理改变界面区域（IZ）所占比例和层间力学性能的差异，研究内容主要包括以下四个方面：

    （1）异构多层板金属中的界面效应对材料的力学行为有重要的影响。通过轧制改变多层板中的界面区域所占比例可以优化其力学性能。多层板界面区域中的化学成分、相成分、晶粒尺寸和硬度是不均匀分布的，界面区域所占比例改变时，多层板的屈服强度不发生改变，但抗拉强度和均匀塑性随着界面区域所占比例的提高而增大。研究表明，由于变形过程中层间的应变不协调，在界面处形成了高密度的几何必须位错。随着应变的增加，界面附近的几何必须位错密度迅速增加，从而促进软硬层的协调变形，提高材料的均匀塑性。在多层板金属的变形过程中，尤其是变形的弹塑性阶段，软硬层间的内应力（背应力）起到了加工硬化的作用。界面区域所占比例越高，背应力硬化越强，多层板的拉伸塑性越好。

    （2）与室温下的力学性能相比，在低温（77K）下，异构多层板金属强度和塑性都有很大程度的提高。使用低温下先进的拉伸测试方法结合原位的数字图像相关技术（DIC）以及一系列的微结构表征研究其变形机制。结果表明，低温下，多层板应变局部化先从较硬的低碳钢层中开始并且向表层的304 ss扩展，已经形成的应变局部化区域（LSZ）沿着标距段向未变形区域扩展，在扩展的过程中，应变局部化程度逐渐降低。马氏体相变集中发生在304 ss的LSZ内，随着LSZ的扩展，LSZ前端发生大量马氏体相变，这个过程使多层板材料的应变局部化程度减弱，重新获得了加工硬化能力从而提高了多层板的塑性。

    （3）绝热剪切带的形成是金属材料在高应变率下常见的一种失效形式。通过霍普金森杆帽型剪切实验表征了low C steel/304 ss多层板在高应变率下的力学行为。结果表明，与单独的低碳钢层和304 ss层相比，多层板有更优异的动态剪切力学性能：多层板硬层中绝热剪切带（ASB）的形成滞后；ASB向软层中的扩展速度缓慢。ASB在均质材料中形成的最大应力准则在多层板金属中不再适用。多层板中软硬层之间的硬度差异程度对ASB的形成和扩展产生了很大的影响。软硬层之间力学性能的差异导致了多层板金属在动态剪切加载下界面附近的应变梯度和几何必须位错的聚集。ASB扩展过程中，多层板金属中发生了额外的加工硬化从而使其获得了更好的塑性。

   （4）动态加载过程中，温度的改变对材料的力学性能有着重要的影响。本文在霍普金森杆动态加载实验的同时对剪切区进行了高速同步测温和拍照，并对多层板金属变形过程中形成的ASB进行了微结构表征。实验结果表明：在多层板金属和组成多层板金属的基体材料中，应力到达最大值之后才会到达最大温升；与单独的低碳钢层相比，多层板中的最大温升相对于最大应力的滞后程度更大；多层板中低碳钢的温升比单独的低碳钢层小；多层板中的低碳钢层和304 ss层变形形成的ASB内均发生了动态再结晶。