综述：异质金属材料的微观结构、力学性能及变形机制

这篇综述系统阐述了新兴异质结构材料（HSMs）在金属材料领域的研究进展，重点探讨了通过异质变形诱导（HDI）强化与硬化协同效应突破传统均质材料强度-塑性倒置关系的机理。文章从微观应变/应力、损伤机制等角度分析了多种加工方法（如异步轧制ASR、剧烈塑性变形SPD）制备的梯度/层状/双相结构（UFG/NG）的力学行为，为定量设计高性能HSMs提供了理论指导。

　　

Brief overview of HSMs
异质结构材料（HSMs）通过软硬区域微观结构、晶体结构和成分的异质性，形成显著强度差异。与传统均质材料不同，HSMs依赖异质变形诱导（HDI）强化与硬化的协同效应，有效打破强度与塑性的倒置关系。广义上，具有异质微观结构的材料均可视为异质材料，但本文聚焦金属基HSMs，如梯度结构、层状结构、双相结构等。

HSMs theories
HSMs的核心理论是HDI应力机制。当软区先屈服时，硬区约束其变形产生反向应力，形成宏观HDI应力；反之则产生正向HDI应力。几何必需位错（GNDs）密度计算表明，异质界面处位错堆积是HDI强化的物理根源。同步辐射和高能X射线衍射可直接测量HDI应力，为理论验证提供实验支持。

Microstructure and mechanical properties of HSMs
异步轧制（ASR）结合退火制备的纯钛异质材料，其软质粗晶（CG）区嵌入硬质超细晶（UFG）基体，兼具UFG的高强度和CG的高塑性。梯度结构通过应变梯度诱导位错增殖，层状结构依赖界面约束效应，双相结构则利用相间变形协调性，均展现出优于均质材料的强塑性匹配。

Influencing factors of synergistic strengthening effect
HDI强化效果受异质结构参数调控：软硬区强度差决定应力分配，界面间距影响位错传输效率，而体积分数比优化可平衡载荷传递。微观应变分析揭示，软区优先变形储存位错，硬区延迟屈服提供持续加工硬化，二者协同延缓颈缩。

Computational investigation of HSMs
晶体塑性有限元模型（CPFEM）通过引入位错密度演化方程和应变梯度理论，成功模拟了梯度结构的应变分区现象。多尺度模拟表明，异质界面处的几何必需位错（GNDs）密度峰值与实验观测吻合，为设计最优异质结构参数提供量化依据。

Summary and future direction
HSMs通过异质结构设计实现了强度-塑性的协同提升，但其工业化应用仍面临挑战：需建立微观参数与宏观性能的定量关系，开发低成本规模化制备技术，并探索极端环境下的性能稳定性。未来研究可结合机器学习优化异质构型，推动HSMs在航空航天和生物医疗等领域的应用。