金属强韧化是金属材料领域最活跃的研究方向之一，目前针对面心立方(FCC)金属材料的强韧化研究取得了大量进展。由于面心立方材料具有滑移、孪生和相变等多种塑性变形机制，因而有优异的塑性变形能力。如何实现强度与塑性两者兼得是科研人员长期追求的目标;另外，超过90％的金属工程结构以疲劳形式失效，因此关于提升金属的疲劳性能的研究也极具工程意义。　　这一博士论文针对两种工程应用中的典型钢材进行研究。TWIP钢是在汽车工业中应用广泛的一种面心立方材料，具有高塑性的特点。本文首先在不同应变率下进行力学性能研究，实验结果显示在高应变率下TWIP钢的强度随着孪生的大量发生得到一定程度的提升。　　其次，作为在工业生产和日常生活中使用范围最广的不锈钢之一，304不锈钢也是一种典型的面心立方材料。鉴于其较宽的使用温度范围，本文系统地研究了304不锈钢在不同温度下的力学性能，在拉伸和压缩两种载荷下进行高温、常温和低温实验。针对常温下304不锈钢的力学性能，用基于Gurson模型的有限元数值模拟进行了对比，获得了与实验结果的一致性。　　接下来在不同温度下对304不锈钢进行强韧化研究。对比不同预扭转温度形成的梯度孪晶结构和梯度相分布特征，讨论了孪晶和相变两方面对304不锈钢力学性能的影响，解释了在后续拉伸过程中增强增韧的原因。　　此外，通过原位同步辐射实验进一步分析了具有初始梯度相分布的304不锈钢在拉伸过程中FCC到BCC的相变过程，定量计算了各相沿预扭转梯度方向的含量随着拉伸应变增大的变化及分布，并得出了反映各相所承担应力大小的微应变的演化过程。　　最后，本文以304不锈钢为例，将预扭转方法应用到面心立方材料的疲劳性能研究中，分别经过高周旋转弯曲疲劳以及三点弯曲原位疲劳测试。结果表明具有梯度微结构的304不锈钢相对于无梯度的原始材料，在高周和低周下的疲劳性能均得到改善。本文从裂纹萌生和裂纹扩展两个方面分析了梯度增强低周疲劳性能的机理。同时，在低周疲劳发生的不同阶段通过有限元计算解释了梯度结构具有优异疲劳性能的原因。