块体纳米结构金属材料以其高强度、优异的疲劳性能、高耐磨性和高扩散性能等，受到广泛的关注和深入研究。近二十年来，块体金属材料的显微结构尺寸不断减小，使其综合力学性能不断提高。但发展简单有效的制备块体纳米金属材料的方法仍是研究的热点。在不同合金体系中获得纳米结构材料、提出新的方法，解决纳米结构金属材料强度-稳定性倒置的矛盾，提高纳米结构金属材料综合性能，仍是当前研究的重点课题。　　严重塑性变形方法的快速发展，为制备纳米结构金属材料提供了有效的手段。严重塑性变形方法通常基于位错滑移理论，在室温低速条件下通过累积大变形量，在金属和合金内部持续积累变形缺陷，最终使缺陷密度达到动态平衡，达到细化金属显微结构的目的。一般通过变形量的累积即可以制备块体超细晶或纳米晶金属材料。近年来，高速变形在块体金属材料结构细化领域得到重视。研究表明，中低层错能材料在高速变形条件下，尤其是在低温高速变形条件下，可以产生大量变形孪晶。由于孪晶形成快、层片厚度薄，变形孪生方式成为高效的细化结构的途径。在高层错能金属材料如Ni、Al等中，高速低温变形可以形成大量层状结构，这些层状结构厚度小于常温变形所得尺寸。单相金属在塑性变形中的结构细化和强化规律已经得到实验证实。但对于工程领域常用的多相合金，相关的研究还十分有限。第二相的类型、尺寸、分布及变形和热处理中的相变，都会对基体结构细化、强化和热稳定性产生影响，这部分工作尚无系统研究。　　基于以上原因，本论文工作利用动态塑性变形方法，分别在工程领域具有代表性的bcc结构低碳20钢和弥散强化fcc结构CuCrZr合金中引入纳米尺度变形结构，获得了高强度。同时结合显微结构分析和力学性能评价，研究了两个合金体系中不同初始组织对合金变形结构和性能的影响。尤其是通过将高速变形获得的纳米结构与时效析出强化相结合，提出了一种简单有效的制备高强度时效强化型合金的方法。　　主要结果如下:　　1.纳米结构高强度20钢　　1.1铁素体/珠光体组织20钢在室温动态塑性变形(RT-DPD)中表现出良好的变形能力。累积变形量达到3.3时仍保持完整。RT-DPD在bcc结构铁素体中获得层状结构，平均层片厚度随变形量增加快速减小，在变形量3.3时达到68nm。单方向变形模式并不能使珠光体充分碎化并与基体混合。珠光体变形后仍分布在原有位置。　　1.2铁素体/珠光体20钢基体结构细化带来合金的强度提高，结构纳米化后带来1.3GPa的强度。高速变形结构细化效率和变形强化效率都高于低速变形如ECAP、冷轧等。但由于变形中不能将珠光体破碎并分散，变形态样品在400℃以上温度出现由回复导致的退火软化。随着温度的提高，基体结构发生再结晶和晶粒长大，强度迅速下降。只有基体出现大量微米晶时，样品才有明显的塑性提高。　　1.3通过热处理改变20钢初始组织和碳元素分布，可以显著提高强化效果。对淬火态得到的低碳马氏体20钢进行RT-DPD变形，马氏体本身的多级显微结构使结构细化效率更高，形变硬化更快。RT-DPD淬火态20钢在变形量1.7时，层片结构平均厚度即达到80nm，强度达到1.2GPa。　　1.4在随后的退火过程中，具有纳米变形结构的马氏体20钢表现时效硬化。400℃退火20min，20钢强度由1.2GPa提高至1.6GPa。这与严重塑性变形制备的纳米晶/超细晶低碳钢中只有退火软化的结果不同。其原因在于室温高速变形得到的纳米结构马氏体20钢中保留了更多的变形缺陷。这些变形缺陷在退火过程中成为渗碳体形核优先位置，使渗碳体快速弥散析出。变形缺陷稳定了渗碳体沉淀相，高弥散程度也抑制了渗碳体粗化。另一方面，弥散的渗碳体有效钉扎变形缺陷，使变形基体在退火过程中不容易发生回复和再结晶。纳米结构和时效析出强化得到叠加。　　2.纳米结构高强度高电导率CuCrZr合金　　2.1通过LNT-DPD变形，可以在含有弥散Cr颗粒的CuCrZr合金基体中获得纳米孪晶/纳米晶混合结构。变形态纳米结构CuCrZr合金室温拉伸强度达到700MPa，同时电导率不低于78％IACS。纳米孪晶和纳米晶结构保证了基体在固溶元素含量极低条件下的高强度。低温和高应变速率是获得纳米孪晶结构的必要条件。　　2.2与具有相似基体结构的纯Cu相比，含有弥散Cr颗粒的CuCrZr合金在LNT-DPD变形条件下获得的变形孪晶束含量明显减少。其主要原因有两个，一是弥散分布的Cr颗粒大大降低了基体有效晶粒尺寸，提高了孪生临界应力水平;二是Cr颗粒提高了基体在变形中的流变应力水平，促进低温下位错滑移机制形成变形结构，位错结构的形成抑制了该区域变形孪生。因此在含有弥散相的CuCrZr合金中获得变形孪晶比单相基体更难。　　2.3弥散分布的Cr颗粒对纳米结构完全析出态CuCrZr合金软化温度提高有限，但保证了其软化态的硬度仍高于变形态单相纯铜。纳米结构固溶CuCrZr合金则表现出明显的时效硬化行为，这使其短时退火软化温度由完全析出态的150℃提高至500℃。400℃时效40h后CuCrZr合金强度达到770MPa，电导率保持不低于77.7％IACS.　　3.纳米结构和时效复合强化方法　　提出了利用纳米尺度变形结构带来的细晶强化和时效处理过程中沉淀强化强化相叠加的复合强化方式，并在工程合金低碳20钢和CuCrZr合金中验证了强化效果。高速变形获得的纳米尺度变形结构中高密度的变形缺陷为得到细小弥散的沉淀相提供了结构保证。较低的时效温度和沉淀相的钉扎保证时效过程中变形结构不发生回复和再结晶，是获得高强度的关键。