实现金属材料高强高韧性是现代文明永恒的追求目标，也是中国制造2025计划的行动纲领和关键目标，金属材料的强度、塑性对相关产品应用甚至国防工业都有着至关重要的影响。按照金属材料学科传统均质理论，强度上升的同时会不可避免的带来塑性的降低，强度和塑性的此消彼长 (trade-off) 现象是制约金属材料工程应用的巨大障碍。中熵合金 (Medium entropy alloys, MEAs) 是近些年来兴起的具有三主元金属元素的新型合金，引起了国内外学者广泛的研究。未进行异构化处理的中熵合金呈均匀晶粒结构，按照传统均质理论仍然不可避免的存在强度与塑性的本征矛盾。异质结构 (Heterogeneous structure, HS) 指的是内部具有性能迥异以及塑性变形行为具有显著差异的跨尺度微结构，变形时内部几何必需位错 (Geometrically necessary dislocations, GNDs) 和应变梯度开始产生，从而产生异质变形诱导硬化 (Heterogeneous deformation induced hardening, HDI hardening)，提供应变硬化能力，提升材料综合力学性能，改善强度与塑性的此消彼长，解决高强度材料的塑性瓶颈问题。常见的异构类型为晶粒尺寸异构，双相异构，层片异构，梯度异构等。在中熵合金中构建异构组织能带来很好的性能提升，然而随着应用需求的苛刻化以及科研的深入，单一形式的异构强韧化已经无法满足应用需求，因此将多种异构类型结合进行研究成了目前异构金属材料强韧化领域的一个新的热点。本文基于双相CoCrNi中熵合金进行剧烈的塑性变形和合适的热处理工艺构建出了多重异构组织结构并实现了强韧化，同时分析了力学行为和变形机理，得出结论如下：

1. 基于双相CoCrNi中熵合金 (成分为Co_34.5Cr₃₂Ni_27.5Al₃Ti₃ ,in at%) 进行合适的固溶、冷轧、退火、时效处理，构建出了具有晶粒尺寸异构和纳米沉淀相的复合异构CoCrNi中熵合金，发现其拉伸性能优于均匀晶粒组织结构和单一晶粒尺寸异构组织的CoCrNi中熵合金，在复合异构组织中观察到瞬态上升的应变硬化行为，且时效试样的瞬态硬化行为比未时效试样更为明显。复合异构组织结构在低温下的屈服强度和均匀延伸率均高于室温，低温拉伸变形后，复合异构CoCrNi合金的HDI加工硬化率和GND位错密度增殖幅度均高于室温变形情况。复合异质结构中的L1₂纳米沉淀相在室温变形下可以通过阻碍位错运动，使得位错在析出相周围堆积堵塞从而带来硬化，析出相在拉扯过程中会变形。低温拉伸下相比室温拉伸应力应变更大，层错和L1₂纳米析出相的交互作用强烈导致L1₂纳米析出相破裂碎化，这些破裂碎化后的析出相相当于使得整体L1₂颗粒物的间距减小，因此与室温拉伸条件下相比，低温也能够提供更大应变硬化。
2. 基于双相CoCrNi中熵合金 (成分为Co_34.5Cr₃₂Ni_27.5Al₃Ti₃ ,in at%) 进行合适的固溶、冷轧、退火、表面机械研磨、时效处理，构建出了具有晶粒尺寸梯度和纳米沉淀相分布梯度的CoCrNi中熵合金，发现与单一晶粒尺寸的梯度结构和含有L1₂纳米沉淀的均匀粗晶结构相比，双梯度结构的屈服强度和均匀伸长率的协同提升，性能有所改善。与室温相比，双梯度CoCrNi在低温下均具有更高的硬化能力、更强的HDI硬化和更高的GND密度增殖幅度，从而获得更好的低温拉伸性能。室温和低温下，双梯度结构的硬化机制均以高密度的SFs和L-C锁为主。这些SFs和L-C锁一方面可以提供强硬化 (动态Hall-Petch效应)，另一方面可以与相干L1₂纳米析出相相互作用，产生强沉淀硬化。双梯度结构在低温下拥有更好的拉伸性能应归因于特殊的层错诱导塑性，即层错网格的形成及其与纳米沉淀的相互作用。
3. 基于双相CoCrNi中熵合金 (成分为Co_34.46Cr_32.12Ni_27.42Al₄Ti₂ at.%) 进行合适的固溶、冷轧、预时效、退火、时效处理，获得了更随机分布、尺寸更均匀的纳米沉淀相复合异构组织，经过预时效处理的析出相呈均匀分布的试样在没有明显降低强度的情况下，均匀伸长率有大幅度的增加，均匀分布的纳米沉淀相的切割促进位错的平面滑移，有利于GNDs的堆积，产生高幅值的HDI应力，拉伸变形过程中形成了多种类型缺陷，包括层错、L-C锁和9R结构，通过阻碍位错运动和塞积产生了显著的应变硬化水平，由于L1₂纳米沉淀物的分布更加随机弥散，缺陷与相干L1₂纳米沉淀物之间的相互作用频率更高，从而获得更好的延展性。
4. 基于双相CoCrNi中熵合金 (成分为Co_34.5Cr₃₂Ni_27.5Al₃Ti₃ ,in at%) 进行合适的固溶、冷轧、退火、时效处理，构建出了具有晶粒尺寸异构和纳米沉淀相的复合异构CoCrNi中熵合金，在冲击载荷下获得了优异的动态剪切性能，在考虑应变硬化率、应变速率敏感系数和热软化效应的情况下，建立了新的绝临界剪切应变的理论计算公式。变形过程中，复合异构试样均观察到微观LAGB剪切带、纳米晶、变形孪晶、层错网格和L-C锁的形成，产生强烈的应变硬化效应，在高应力高应变以及绝热温升的协同作用下发生了FCC基体到sigma相的相变现象。

本文通过在双相CoCrNi中熵合金中构建多重异构组织，实现了室温/低温的强韧化，改善了强度和塑性的制约关系，冲击载荷下获得了优异的动态剪切韧性以及通过详细的组织表征揭示了相应的硬化机制。