近年来,钛及钛合金因其优异的耐热性、耐蚀性、无毒性、生物相容性以及高的比强度等突出优点而广泛应用于是航天、船舶、航空、化工、汽车工业的重要结构件以及生物医学领域。优化钛及钛合金的强度和塑性配比一直以来都是材料领域研究的热点问题。目前,大塑性变形工艺(Severe Plastic Deformation, SPD)广泛用于制备高强度以及较好塑性的块体纳米金属体材料。本论文以较高纯度的TA1工业纯钛为研究对象,研究了不同的塑性加工方法如低温下轧制工艺(low temperature rolling, LNR)、室温轧制工艺(room temperature rolling, RR)、表面机械研磨处理工艺(surface mechanical attrition treatment, SMAT)、球磨表面机械研磨处理工艺(ball milling surface mechanical attrition treatment, BM-SMAT)以及表面机械研磨处理后较低温度下不同温度的表面渗氮工艺、低温轧制后的低温下退火工艺对材料的显微结构和力学性能的影响,并探讨了不同加工工艺下纯钛的变形机制。本论文采用控制变量法和比较法对经过充分真空退火后的2mm厚的板材在不同工艺的下的力学性能、微观组织以及变形机制特点进行了研究和探讨。本论文采用显微硬度测试仪和室温万能拉伸实验机对所制备的样品的机械性能进行测试。同时采用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对各种变形工艺以及后续热处理的试样的微观组织结构进行了表征分析。实验结果表明,塑性变形温度对纯钛的微观结构和宏观力学性能有着重要的影响,在相同的应变量下,低温轧制样品就有比室温轧制样品更高的强度以及与室温样品相当的塑性。因为低温轧制系列样品具有更加细小的晶粒尺寸,更高的位错密度。由TEM观察到的细薄孪晶组织也更多。增大塑性变形%量也有利于提高纯钛的强度。LNR-75%样品的屈服强度具有最高值为720 MPa,低温轧制后低温下退火样品的强度出现了一定程度的降低,但是塑性没有得到大幅度的提升。拉伸测试表明,与处理相同时间的室温下SMAT样品相比,在低温环境(接近液氮温度)下LN-SMAT纯钛样品拥有较高的强度和良好的塑性。随着处理时间的延长,SMAT样品的强度也越高。并且低温下处理的样品的强度提升的幅度也越大。球磨机械研磨处理10h (BM-10h)的样品具有最高的屈服强度,相对于原始样品的屈服强度提升了68%,且仍然保留良好的塑性,具有很好的综合力学性能。总体而言SMAT样品具有良好的塑性,但是相对于原始的退火态样品强度提高有限。经过SMAT处理的样品呈现出从表层到基体组织的晶粒尺寸从小到大的、显微硬度由高到底的梯度结构特征,即最表层为晶粒可以细化到100 nm以下即纳米晶。低温下表面机械研磨处理的样品在560℃及以下温度渗氮,获得了深度约20μm渗氮层,但是试样,相对于LN-SMAT样品的强度没有提升。