累积叠轧(ARB)和等通道转角挤压(ECAP)等剧烈塑性变形(SPD)法制备的超细晶材料的微观组织累积了大量内应力,位错密度高,微观组织和性能不稳定,处于亚稳态。退火热处理不仅可以降低其内部储能,提高热稳定性,而且对微观组织起到均匀化作用,改善综合性能。揭示退火热处理对不同工艺制备的超细晶材料的微观组织和力学性能的影响,了解不同超细晶材料的热稳定性,这方面的研究显得非常重要。本文选择FCC结构的纯铜和BCC结构的工业纯铁为实验材料,通过六道次ARB工艺和一道次ECAP工艺制备的ARB-Cu、ECAP-Cu和ECAP-Fe为研究对象,研究退火热处理对力学性能、微观结构、断裂机制和损伤形态的影响。研究发现,退火有效改善ARB-Cu微观组织内部高位错密度和晶界模糊的特点。随着退火温度的升高,亚晶粒弥散分布,位错密度逐渐降低,晶粒形状由不规则态转变为等轴晶粒。ARB-Cu在100～250℃退火10 min和30 min后,屈服强度和抗拉强度随退火温度升高先增加后降低。其中退火温度为100℃和150℃,屈服强度和抗拉强度随退火时间的增加先升后降,退火30 min后,强度达到最大值且出现退火强化效应。显微硬度随退火温度升高和退火时间增加逐渐下降。ARB-Cu经退火处理后,其拉伸断裂特征表现为韧性增加,塑性变形能力得到改善,晶粒长大激活能为73 k J/mol,表现出一定的热稳定性。ARB-Cu界面焊合率与轧制道次的关系满足:R(28)(1-0.5~n)?100%,界面焊合系数与轧制道次满足:k(28)-0.033n~2(10)0.32n(10)0.39。ARB-Cu的最优退火工艺参数为150℃退火30 min。退火态ECAP-Fe的屈服强度和流变应力随退火温度的升高先增加后下降;退火温度为400℃时,屈服强度达到最大值。显微硬度随退火温度的升高逐渐下降。不同温度退火后,表面变形损伤程度减小,晶界协调变形能力增强。ECAP-Fe退火后的微观结构主要是由低位错密度的等轴晶和小尺寸亚晶组成,晶界清晰,晶粒尺寸分化率降低,晶粒长大激活能约75 k J/mol。ECAP-Fe的最佳退火工艺参数为400℃退火10 min。ECAP-Cu在不同温度退火10 min后的压缩应力表现出退火强化现象,压缩屈服应力随退火温度升高先增加后降低。压缩表面损伤形态与ECAP-Fe的损伤形态不同,主要损伤特征为压缩凸起台阶和细密的剪切带。