金属钛具有高的比强度、优良的耐腐蚀性和良好的生物兼容性等,在航空、航海、汽车工业及医疗器械等领域有广泛应用。金属铀具有极高的密度和优良的核性能,在军事及核工业领域有重要应用。然而,金属钛和铀分别属于低对称性的密排六方结构和底心正交结构,孪生在这两种金属的变形机制中占据主导地位。由于金属铀可视为畸变的密排六方结构,二者的孪生行为具有一定的相关性,因此,本论文以金属钛和铀为研究对象,研究金属钛和铀的孪生行为及其异同点。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对金属钛进行了高应变率和不同温度下的冲击压缩变形,应用扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)表征、分析变形的内部组织,研究高应变率下钛的孪晶相互作用,以及高应变率、高温下钛的孪生行为。采用力学试验机、X射线衍射(XRD)原位拉伸台和SHPB装置对金属铀分别进行了准静态压缩、拉伸和高应变率冲击压缩变形,并进行相应的XRD、SEM、EBSD和透射电子显微镜(TEM)分析,研究铀中的孪晶随应变和应变率的演变过程。采用聚焦离子束(FIB)制备了不同晶体取向和尺寸的微米尺度铀单晶微柱,并进行单轴压缩实验,研究金属铀的各向异性力学响应特性。实验结果表明,钛在高应变率(-2600 s-1)压缩下出现了两种拉伸孪晶{1012}(E1)、{1121}(E2)和两种压缩孪晶{1122}(CI)、{1124}(C3)。其中,E1和C1在变形组织中所占体积分数大于E2和C3,对织构产生显著影响。E2孪晶界呈波纹状,部分E2孪晶界为E1孪晶的形核活性位置。E2孪晶带之间产生了 C1。E2与C1的相交处出现了 E3。孪晶变体的Schmid因子(SF)和孪生剪切位移梯度张量(DGTs)分析结果表明,高应变率下大部分激活的孪晶变体未遵循Schmid定律,这些SF较低的激活变体中约73%可以由DGTs得到解释。钛在变温高应变率压缩下的应力-应变曲线呈现分段硬化现象,屈服强度和孪晶密度随温度的升高而降低。随着变形温度的升高,钛晶胞的c轴逐渐转向压缩方向。铸态铀的晶粒内部通常存在少量长条带的{130}、’{172}’和{112}孪晶,其中的{130}孪晶在随后的拉伸或压缩变形中可能会消失或继续长大,取决于局部的应力状态。铀在准静态压缩下出现了{130}、’{172}’、{112}和’{176}’四种孪晶类型,激活的孪晶变体均遵循Schmid定律,在局部晶界处观测到了’(176)’-’(172)’孪晶对,该孪晶对的几何匹配因子高达0.933。在准静态拉伸下仅观测到{130}、’{172}’和{112}三种孪晶类型,激活的部分孪晶变体不遵循Schmid定律。铸态铀的准静态拉伸断口具有韧脆断裂特征,断口附近存在大量的{130}孪晶和滑移的相互作用,断口附近的’{172}’孪晶内部产生了二次{130}孪生。高应变率冲击压缩的铸态铀晶粒内观测到了{130}、’{172}’、{112}和’{176}’四种孪晶类型,与准静态压缩下的孪生类型一致,但高应变率冲击压缩的激活孪晶变体中约20%不遵循Schmid定律。当应变量高于15%时变形组织中出现弯折带,弯折带与孪晶存在复杂的相互作用:部分弯折带界面成为{130}和{112}孪晶的活性成核位置,弯折带内可能产生{130}、’{172}’或{112}孪晶,部分弯折带内的{112}孪晶内部会发生二次{130}孪生。弯折带的[100]晶向与基体的[100]晶向通常呈45°夹角。当应变量达到25%时,弯折带内组织疏松化,出现微孔洞或裂纹在三种晶体取向的铀单晶微柱中,(001)取向晶粒的模量和硬度最大,(3 24 13)取向晶粒的模量和硬度最小。在相同尺寸的微柱中,(100)取向微柱的压缩强度最大,而(324 13)取向微柱的压缩强度最小。三种晶向的微柱均呈现显著的尺寸效应,即微柱的压缩屈服强度随尺寸的减小而增大。