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基于传统强化方法，金属材料强度的提升往往伴随着塑/韧性的显著降低，严重影响金属材料的可加工性以及服役完全性。近年来的研究结果发现引入非均匀结构可在一定程度上实现强度与塑性的协调改善，因此受到人们越来越多的关注。层状结构材料，因其相对容易制备、性能可调范围较宽等特点，成为研究非均匀结构强韧化效应的重要模型材料。本文以为纯Ti和纯Al为原材料，采用热轧制复合法制备Al/Ti/Al层状复合材料，基于SEM、EBSD、DIC以及FEM等研究方法，着重分析其塑性变形行为以及高塑性机理，以期为高强、高塑性金属材料的设计与制备提供参考。
设计并制备出具有波纹型与平直型结合界面的Al/Ti/Al复合材料。相对于平直型界面结构，波纹型界面结构能在更低的轧制压下量条件下（25%）实现Al/Ti的良好结合，而在大压下量条件（45%）时也更容易产生轧制开裂等缺陷，这与波纹型结构在轧制复合过程中引起的较大的局部应变和局部接触应力有关。此外，具有波纹型结合界面的Al/Ti/Al复合材料，沿轧制方向（RD）的延伸率明显低于平直型界面的延伸率，这主要与轧制复合过程中产生的残余应力、裂纹缺陷以及拉伸过程中的应力集中有关。当拉伸方向平行于波纹轴线时（TD），特别是经过退火处理后，具有波纹型结合界面的Al/Ti/Al复合材料的延伸率与平直界面的Al/Ti/Al复合材料的延伸率基本相当。
对于平直界面Al/Ti/Al复合材料，不管是否开展退火处理，其断裂延伸率总是大于相同状态下的单层Al和单层Ti（额外塑性效应）。通过准原位EBSD+SEM的表征方法，研究了Al/Ti/Al复合材料拉伸变形的微观塑性变形机制（滑移和孪生），发现层状结构促进了Ti层界面附近锥面滑移和基面滑移的开启，同时抑制了Ti层的孪生行为。同样的，层状结构使得Al层中也激活更多的多系滑移来协调界面处沿厚度方向较大的变形。通过对Al/Ti/Al复合材料应变速率敏感性的分析，发现高应变速率敏感性是其高延伸率的主要因素，而并非加工硬化能力的提高。
结合DIC和FEM（考虑材料织构引入的各向异性），对Al/Ti/Al复合材料界面附近的应变分布进行研究，发现以应变呈梯度分布为特征的界面影响区（IAZ）的宽度（>150μm）显著高于文献报道。影响IAZ宽度的主要因素为Ti层和Al层的r值（织构引入的塑性流动各向异性）差异，r值差异越大，IAZ宽度越宽，材料塑性提升程度越高。
设计并制备出具有波纹型与平直型结合界面的Al/Ti/Al复合材料。相对于平直型界面结构，波纹型界面结构能在更低的轧制压下量条件下（25%）实现Al/Ti的良好结合，而在大压下量条件（45%）时也更容易产生轧制开裂等缺陷，这与波纹型结构在轧制复合过程中引起的较大的局部应变和局部接触应力有关。此外，具有波纹型结合界面的Al/Ti/Al复合材料，沿轧制方向（RD）的延伸率明显低于平直型界面的延伸率，这主要与轧制复合过程中产生的残余应力、裂纹缺陷以及拉伸过程中的应力集中有关。当拉伸方向平行于波纹轴线时（TD），特别是经过退火处理后，具有波纹型结合界面的Al/Ti/Al复合材料的延伸率与平直界面的Al/Ti/Al复合材料的延伸率基本相当。
对于平直界面Al/Ti/Al复合材料，不管是否开展退火处理，其断裂延伸率总是大于相同状态下的单层Al和单层Ti（额外塑性效应）。通过准原位EBSD+SEM的表征方法，研究了Al/Ti/Al复合材料拉伸变形的微观塑性变形机制（滑移和孪生），发现层状结构促进了Ti层界面附近锥面滑移和基面滑移的开启，同时抑制了Ti层的孪生行为。同样的，层状结构使得Al层中也激活更多的多系滑移来协调界面处沿厚度方向较大的变形。通过对Al/Ti/Al复合材料应变速率敏感性的分析，发现高应变速率敏感性是其高延伸率的主要因素，而并非加工硬化能力的提高。
结合DIC和FEM（考虑材料织构引入的各向异性），对Al/Ti/Al复合材料界面附近的应变分布进行研究，发现以应变呈梯度分布为特征的界面影响区（IAZ）的宽度（>150μm）显著高于文献报道。影响IAZ宽度的主要因素为Ti层和Al层的r值（织构引入的塑性流动各向异性）差异，r值差异越大，IAZ宽度越宽，材料塑性提升程度越高。