纯铜材料由于其优异的各项性能（如导热性、导电性、耐蚀性以及易切削加工等）得以在众多的领域被广泛的运用,但是传统的纯铜由于其强度较低,阻碍了其进一步的发展空间,因此针对如何提高纯铜的综合力学性能这一问题,也成为了多年来众多学者的研究对象。而异质结构材料的提出则为研究学者提供了新的研究思路。异质结构材料内部的不同区域之间往往表现出明显的强度、硬度的差异,同时异质区域之间可以发生相互作用/耦合从而产生协同效应。通过在制备过程中对内部不同区域的占比、分布等微观结构进行调整,可以使传统金属材料中强度-延展性的“倒置”关系得到有效的改善,能够在显著提高材料强度的同时使其保持良好的延展性。本研究课题通过表面机械研磨处理（Surface mechanical attrition treatment,SMAT）分别在室温与低温环境中对退火纯铜进行加工。其中SMAT 5s和SMAT 10s样品由于加工时间较短,表面的SMAT区域随机分布在被处理表面上;而SMAT 30s和SMAT 60s样品由于加工时间较长,SMAT区域覆盖了整个被处理表面。结合硬度分布测试、金相观察等结果进行分析,发现处理了5s和10s的样品形成了一种表面双峰结构,处理了30 s和60 s的样品形成了梯度结构。通过对制备出的样品进行拉伸测试发现SMAT样品的综合力学性能相较于退火态纯铜都有了明显的改善,其中SMAT 60s样品的屈服强度提高了202.6%,而其均匀延伸率仍可保持在27.4%。在相同加工时间条件下,相比于室温环境,低温环境中处理得到的样品具有更高的强度和硬度。这是由于室温环境中样品表面受到钢珠的撞击,部分机械能转化为热能,使得内部出现了动态回复;而低温环境则有效抑制了这一现象,因此具有更为明显的加工效果。此外通过对测定包申格效应、观察SMAT样品表面应变的演化发展过程等一系列手段,发现了异质结构材料在拉伸变形过程中出现的协同强化效应以及协调变形行为,能够有效地改善其强度与延展性。通过一系列实验结果表明异质材料由于其内部结构异质化程度较高,在拉伸变形过程中材料内部的不同区域之间相互协调,产生了显著的异质变形诱导（Heterogeneous deformation induced,HDI）强化。同时粗晶基体也可以对异质变形区域进行有效的约束,使样品表面出现的剪切带得到稳定的演变并且逐渐向周边扩散。