近年研究已探明,位错滑移基体中纳米线(片)不能体现本征超常力学性能,而点阵切变基体中纳米线(片)能体现本征超常力学性能,由此可推测,由纳米尺度的点阵切变组元(片)与高强度纳米片构成的金属叠层复合材料可望具有优异的力学性能。为此,本论文试图采用累积叠轧法将金属Ti和Nb(Ta)片构成纳米尺度复合材料,利用两组元之间的原子扩散,在其间形成具有马氏体相变(点阵切变)的TiNb或TiTa组元,从而获得纳米尺度的Ti/TiNb(相变)/Nb和Ti/TiTa(相变)/Ta两种叠层复合材料。本文采用累积叠轧法制备了Ti/TiNb/Nb和Ti/TiTa/Ta叠层复合材料板材与丝材,研究了在叠轧(退火)过程中,Ti和Nb(Ta)两组元之间的原子扩散行为以及复合材料的微观组织演变规律;采用示差扫描量热分析仪、拉伸试验机及原位拉伸同步辐射高能XRD等,研究了两种复合材料的相组成、马氏体相变特征、力学性能以及在加载过程中组元的相变与变形行为。主要研究内容与结果如下:研究发现,Ti和Nb(Ta)两组元在叠轧过程中发生原子扩散,在纳米尺度Ti和Nb(Ta)片之间形成了具有马氏体相变的TiNb或TiTa组元,此两组元在升降温过程中均发生了马氏体正相变和逆相变,在加载过程中均发生了应力诱发马氏体相变。研究发现,随丝材直径的减小,Ti/TiNb/Nb叠层复合材料的屈服强度先升高后降低,马氏体转变量越来越少。随热处理温度的升高,屈服强度逐渐降低,马氏体转变量越来越少,经600℃保温10分钟处理的塑性最好。复合材料不同晶面上的晶格应变不同,最大晶格应变达到1.2%。研究发现,随丝材直径的减小,Ti/TiTa/Ta叠层复合材料的屈服强度升高;随热处理温度的升高,屈服强度逐渐降低,塑性逐渐增加。经二次叠轧后,Ti/TiTa/Ta复合材料板材、丝材的塑性比一次叠轧后的塑性差。