在金属材料领域，强度和塑性的不可兼得严重影响了其工程应用和结构设计。人们已经提出了许多策略来提高金属的强度，但不可避免地会降低甚至破坏材料的塑性。塑性不足已成为高强金属材料的“致命弱点”。微观原因是位错滑移导致应变局部化产生颈缩，剪切带开裂，最终导致灾难性破坏。因此，简单的方法可能很难解决强度-塑性权衡问题。

梯度显微组织金属的晶粒尺寸从最上层的纳米级增加到内部的微米级，获得了强度塑性协同的力学性能。这种晶粒尺寸的有序分布会引起宏观应变梯度，并将单向应力转化为多轴应力，这是由于沿梯度方向演化的非协调变形造成的。因此，可以降低应变局部化压力，实现独特的超常应变硬化，从而获得更高的延性和韧性。此外，梯度显微组织涉及几个相和/或化学成分的有序分布。这表明晶粒实质也是沿梯度方向变化的。材料不同位置的主导变形机制不尽相同，位错运动传播所需的临界应力/应变也是不同的。这些特性可以在施加载荷的情况下产生逐步变形过程。这样就避免了位错的长距离积累，抑制了剪切带和裂纹。

近日，来自北京理工大学、浙江大学、香港城市大学、西安交大、上海理工大学等五所国内知名高校联合的一项最新研究，开发了一种数值模型用以设计梯度微结构金属材料，这一模型涉及到金属合金中晶粒尺寸、孪晶、马氏体和奥氏体的梯度分布。通过实验对数值结果进行了验证。获得了高强度、高塑性和相当大硬化能力的金属材料，成功地解决了结构金属材料的强塑性矛盾问题。相关论文以题为“Theoryofdesigningthegradientmicrostructuredmetalsforover

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