高压扭转(HPT)是一种典型的剧烈塑性变形方法。金属材料经HPT处理可获得亚微米甚至纳米尺度的晶粒组织。受样品尺寸，特别是厚度(通常为0.3～0.8mm)的限制，对HPT变形组织的观察往往局限在扭转面(ND)，缺乏对其空间形貌演化的分析：同时对细化晶粒组织力学性能的测试通常局限于微区力学性能(如显微硬度)测试，缺乏宏观力学性能(如压缩、拉伸性能等)的表征。关于这些问题的研究对揭示变形诱导晶粒细化机理、探讨剧烈塑性变形导致的微观组织与宏观力学性能之间的关联十分重要。本论文成功设计并加工了一套HPT装置，实现了直径为12mm，厚度可达3.5mm铜试样的高压扭转变形；并对变形组织的力学性能、空间形貌及其稳定性进行了系统的实验与理论研究。　　 经HPT处理后，铜试样的晶粒尺寸由处理前的43μm，细化到280 nm；显微硬度由52 Hv提高到140 Hv；压缩屈服强度由50MPa增大至385MPa；应变率敏感性指数由0.004～0.007增大至0.021。　　 较小剪应变(y)下，不同截面上微观组织形貌明显不同。扭转面(ND面)：晶粒形貌紊乱，晶粒内部为近似等轴状位错胞结构；纵截面(TD面)：晶粒明显拉长，其内部为位错墙分割而成的片层组织。当y>20后，两截面上均为等轴状亚微米晶粒组织。　　 往复扭转变形时，TD面晶粒形貌紊乱，晶内出现两个方向的层片组织。随γ，增大，晶内剪切局域化加速了拉长亚晶组织向等轴晶粒组织的转变，得到的饱和晶粒尺寸较单向扭转变形时小。　　 显微硬度(Hv)随γ的增大而急剧增大，随后趋于饱和。这一趋势可用公式：Hv(γ)=Hvs-(Hvs-Hvo)exp(-γ/γc)描述。存在一临界单向扭转变形量(γcnt=1.8-2.2)，当试样经历的单向扭转变形量大于该值后，往复扭转变形有利于材料的进一步强化；反之，同样累积应变下往复扭转变形导致试样的显微硬度较单向扭转变形试样的显微硬度低。　　 基于塑性变形机制建立了唯象理论模型，计算并分析了晶粒尺寸、应变率、变形温度对力学性能的影响。计算结果解释了亚微米晶铜应变率敏感性增大，以及提高加载速率或降低变形温度能改善材料均匀变形能力的实验现象。　　 HPT铜试样的放热焓值随γ的增大出现先增后降最后趋于饱和的变化趋势，这一趋势与变形组织发生动态回复有关。HPT铜试样变形组织的稳定性差，低温下进一步的HPT变形导致变形组织异常长大。