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晶界对晶体材料的力学性能具有极其重要的作用，与之相关的研究历久不衰。由Watanabe提出的“晶界工程”概念可知，通过适当的工艺来调节晶界的结构和分布等特征可以提高材料的强韧性能。近年来，共格孪晶界带给金属材料的同步强韧作用重新引发了人们对晶界研究的热潮。研究晶界的作用即其对材料力学性能的影响有助于设计优异的微观结构，并推动制备具有较高性能金属材料的工艺改善，最终实现材料性能的提高。本文以含有不同种类的Cu双晶为研究对象，设计了一系列单向与循环变形实验，以期进一步认识单个晶界在材料单向变形与疲劳损伤中的作用，并为材料的界面优化设计提供理论参考与指导。 在同轴Cu双晶循环变形过程中，晶界两侧的晶粒内开动不同的滑移系，带给晶界不同程度的剪切与撞击作用。随着循环变形的进行，滑移带-基体以及晶界等界面处缺陷不断累积，能量升高，当界面的能量足以克服裂纹表面能时，疲劳裂纹萌生。不同类型的晶界通常表现出不同的抵抗裂纹萌生的能力，主要取决于晶界的界面能和晶界附近的应变不相容性。晶界的界面能与其界面结构有关，晶界附近的变形不相容性可以用晶界残余位错的模量来衡量。晶界残余位错是两侧晶粒的主滑移系的柏氏矢量差，取决于晶粒的晶体学取向。晶界的界面能越低，晶界残余位错的模量越小，晶界越难萌生疲劳裂纹。其中共格孪晶界平行于加载轴时不发生疲劳开裂，而是优先萌生滑移带裂纹，即共格孪晶界表现出较高的抵抗裂纹萌生的能力。 对含有唯一的共格孪晶界面的Cu双晶进行循环变形实验发现，当孪晶界接近于垂直或者平行于加载轴时，变形主要集中在晶内的滑移带，孪晶界处表现出良好的应变相容性，此时，滑移带优先萌生疲劳裂纹，孪晶界表现出较高的抵抗裂纹萌生的能力。当孪晶界倾斜45°时，两侧晶粒内易于开动与孪晶界平行的滑移带，并集中在孪晶界附近使孪晶界发生剪切损伤而优先萌生孪晶界疲劳裂纹。通过一系列孪晶界与加载轴成不同角度的Cu双晶循环变形实验发现，当孪晶界倾斜角度约在(25°，70°)范围变化时，孪晶界附近都易于开动与之平行的滑移系，引发共格孪晶界的剪切疲劳开裂。首次通过实验验证了单个共格孪晶界相对于加载轴所有可能取向下的不同疲劳开裂行为，与普通大角晶界和小角晶界不同，孪晶界的疲劳开裂行为与其取向有关，可以通过调整孪晶界与加载轴的夹角来调控共格孪晶界的疲劳开裂行为。 对含有单个非共格孪晶界的Cu双晶设计循环变形实验发现，当非共格孪晶界倾斜45°（同时孪生面也是倾斜45°）时，界面两侧开动的滑移面和滑移方向完全相同，因此滑移可以穿过非共格孪晶界，界面附近有良好的应变相容性;另外在外加分切应力的作用下，构成非共格孪晶界面的分位错很容易滑动，使得非共格孪晶界发生迁移，缓解了位错塞积所带来的应力集中。最终滑移带优先萌生疲劳裂纹，可穿过性与可移动性使非共格孪晶界表现出较高的抵抗裂纹萌生的能力。当非共格孪晶界垂直于加载轴时，两侧晶粒开动的滑移方向相同，但滑移面不同，位错易于塞积在界面处。在滑移带循环撞击的作用下，非共格孪晶界优先萌生疲劳裂纹。非共格孪晶界的特殊界面结构以及两侧特殊的晶体学取向关系使其在循环载荷作用下的疲劳损伤机制也表现出一定的取向性。该部分实验不仅首次阐明了可穿过晶界的特殊疲劳开裂行为，同时也填补了人们对非共格孪晶界疲劳损伤机制研究的空白。 微米级Cu双晶小柱子压缩滑移变形形貌比单晶更均匀，不会在表面形成大的滑移台阶。随样品尺寸减小Cu双晶的流变应力升高，表现出明显的尺寸效应，并且Cu双晶的压缩应力-应变曲线表现出台阶式的加工硬化行为。其中台阶对应的应力升高值对同一尺寸的双晶来说约为一定值，但随着样品尺寸的减小而升高。同时发现不同类型的晶界都能使Cu双晶表现出台阶式加工硬化行为，但强化效果不同。晶界与样品的尺寸在小尺寸Cu双晶变形过程中相互竞争并共同起作用。