晶粒细化是工业中常用的材料强化工艺，而细晶/超细晶材料力学行为的研究一直是材料领域的热点，常规大塑性变形（SPD）工艺制备的超细晶材料位错密度高、织构强，且晶粒尺寸差异明显，制约了对其本征力学行为的深入认识。课题组人员利用搅拌摩擦加工（FSP）过程中的剧烈塑性变形作用，建立“低热输入FSP + 辅助强制冷却”工艺，通过改变FSP 参数和工具设计，可实现晶粒尺寸的有效调控，在铝、镁、铜等合金中成功制备出具有均匀、等轴、位错密度低、织构弱、高角晶界比例高等特点的细晶/超细晶组织，作为理想模型材料研究其本征力学行为。

　　通过调控FSP参数，在细晶/超细晶铝、镁合金中获得了高应变速率/低温超塑性。对细晶Al-Mg-Sc合金，在1×10^-1s^-1的高应变速率下，首次报道了大于2000%的超塑性；对超细晶Al-Mg-Zr (Sc)，在175 ℃低温首次获得超塑性，突破了之前报道的200℃的铝合金超塑性低温限；分析表明，FSP铝合金最佳超塑性应形速率、最大延伸率和应变速率敏感指数随温度升高而增加，FSP超细晶铝合金的低温超塑性变形机制为晶界滑移，变形速率受晶格扩散控制，通过深入研究建立了超塑性的本构方程，并构建了FSP铝合金的超塑性变形机制图。

　　FSP制备的超细晶材料与SPD材料相比不仅具有高强度，而且还保持良好塑性，其强韧性综合性能优于其它塑性加工技术获得的结果。比如，FSP 制备的超细晶纯铜样品，具有300 MPa 的屈服强度，仍保持10%的均匀延伸率；超细晶Cu-15at.%Al 样品，具有700 MPa 的屈服强度和13%的均匀延伸率；同时FSP超细晶纯铜的高周疲劳强度得到提高，并澄清了其疲劳损伤机制为材料挤出，而不是之前普遍认为的大尺度剪切带和晶粒粗化。