金属材料的强度与塑性是决定其实际应用的两个重要因素。利用细化晶粒的方式提高金属材料的强度时,如果金属材料的晶粒尺度细化到亚微米/纳米尺度,将导致加工硬化能力显著降低,使拉伸伸长率很低。利用表面机械研磨处理(SMAT)材料,可在材料表面形成晶粒尺寸呈现梯度的表层,获得强度和塑性的良好匹配。　　 利用SMAT技术处理,在TWIP钢(主要成分为(wt％)0.0064C、0.0075S、0.01P、29.82Mn、2.88Si、3.04Al、余量铁)表面获得具有晶粒尺度梯度表层的结构,随后进行退火处理。利用准静态拉伸测试来获得了材料的宏观力学性能,分别利用金相显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜、硬度测试来表征材料变形前的微观结构和力学性能,并利用扫描电镜观察变形后的断口来研究材料变形后的微观机理。所得到的主要结论如下:　　 (1)SMAT处理后TWIP钢的屈服强度提高了2.4倍,抗拉强度提高了25%,而且仍有40%的拉伸伸长率。而退火处理后,SMAT处理9分钟材料的屈服强度较原始材料,仍提高了近一倍,且拉伸伸长率几乎与原始材料相当,表明静力韧性有所提高。对真应力-应变曲线进行线性拟合获得加工硬化率,表明原始态材料的加工硬化能力高于SMAT处理态;SMAT处理态的材料在700℃下退火30分钟后,其加工硬化率有所提高,但仍低于原始态材料。断口形貌观察显示断口出现大量韧窝,在心部出现一些尺寸较大的韧窝,而表层区域的韧窝尺寸相对较小。硬度测试实验表明处理态材料从表层到心部有明显的硬度变化梯度。　　 (2)TEM工作表明TWIP钢经SMAT处理后,在材料的表面出现互相交割的变形条带,形成网状结构,心部是晶界清晰地奥氏体组织。并且距表层越近,因为SMAT造成的塑性变形越大,所以形变孪晶的密度越大,将原始大晶粒分成很多小的结构单元,随着塑性变形进一步增加,结构单元变的更细小,高密度位错与孪晶界面缠结在一起,这有可能是提高材料强度的重要原因。