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通过室温表面机械碾磨处理(SMGT)，获得从表面到基体具有梯度纳米/微米尺度晶粒的纯钛试样。与未处理纯钛相比，经表面机械碾磨处理(SMGT-treated)的纯钛强度有所提高，塑性介于超细晶与粗晶纯钛之间。表面机械碾磨处理纯钛的拉伸应力?应变曲线具有双加工硬化指数特性；同时，随着应变的增加，其加工硬化率逐渐减小，初始屈服阶段的变形由梯度纳米/微米晶表层主导，后期变形由粗晶心部支配。断口形貌分析表明，表面机械碾磨处理纯钛的变形机制属于韧性断裂并伴有大量韧窝。基于裂纹尖端的塑性区尺寸分析可知，梯度纳米/微米晶表层由于具有较高的加工硬化指数及强度，使韧窝尺寸比粗晶心部的更加细小。