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镍基高温合金（GH系列）和超高强度铝合金（7×××系列）作为重要的航空用材料,分别应用于飞机发动机和机身部分。在实际工业生产中,飞机结构件的服役性能除了与原材料的本征力学和物化特性密切相关外,还和构件机械加工所导致的表面组织结构有着重要关系。通常,在机械加工过程的力热条件作用下,靠近加工表面的材料会发生剧烈塑性变形,从而导致其微观组织和力学性能发生变化并最终影响构件的疲劳寿命等服役性能。因此,系统深入研究机械加工表面剧烈塑性变形层（SSPD）的微观组织、晶体学织构等特征对于理解和优化飞机结构件的服役性能具有重要的理论和现实意义。本研究选取GH4169合金、7055和7050铝合金三种典型航空材料,分别通过磨削、铣削和表面滑动摩擦加工等方法对合金表面进行加工,综合采用扫描电镜及电子背散射衍射技术、透射电镜高分辨成像技术、高角环形暗场成像技术、旋进电子衍射辅助晶体取向分析技术以及纳米压痕等方法对各类加工SSPD层内的晶粒结构、析出相特征、晶体学织构以及力学性能进行了深入研究,并对相关过程、特征和机理进行了分析和讨论。研究表明,磨削加工后GH4169合金表面会形成数微米厚度的梯度结构SSPD层,最表层晶粒可细化至直径5 nm以下。位错-孪晶交互作用是除位错活动、变形孪生外晶粒细化的又一主要机制,其晶体学过程包括变形孪生、位错-孪晶反应、孪晶片层的局部薄化直至最终断裂。与原始粗晶中的立方织构{100}<001>不同,SSPD层的织构由旋转立方织构{100}<011>、立方织构、铜型织构{112}<111>以及高斯织构{110}<001>组成,其形成过程可能与磨削加工过程中高应变、高应变速率和瞬时高温剪切变形的热机械作用密切相关。表面滑动摩擦加工后,GH4169合金表面形成数十微米厚度的梯度结构SSPD层,其晶体学织构是由旋转立方织构{100}<011>、E织构{111}<110>、F织构{111}<112>以及弱的高斯织构组成的混合型织构。随着距表面深度的增加,旋转立方织构的强度逐渐减弱。在铣削过程中,7055铝合金表面形成一个由等轴和层状纳米晶/超细晶组成的梯度纳米结构层,其晶体学织构由黄铜织构{110}<112>、立方织构{100}<001>和弱的旋转立方织构{100}<011>混合组成,而原始粗晶的织构为纯黄铜型织构。另外,与粗晶基体相比,SSPD层内晶界析出相（GBPs）和晶内析出相（GIPs）的形态和分布特征迥异,呈现出显著的析出相重新分布特征,这主要通过热机械作用诱发的析出相回溶、溶质原子扩散和再析出三个过程实现。其中,析出相回溶与剧烈位错运动对析出相的剪切行为相关,而再析出及后续长大则与晶界特殊的成分、结构和能量条件密切相关。采用表面滑动摩擦方法处理的7050铝合金表面SSPD层由等轴和层状超细晶混合组成,晶粒周围分布有高密度的粗大GBPs。相较于小角度晶界（LAGBs,2o15o）,GBPs更容易在高角度晶界（HAGBs,≥15o）上形成,且三叉晶界是GBPs的最有利形核位置。晶体学织构分析表明,表面超细晶层具有典型的剪切型织构,由旋转立方织构{001}<110>和F织构{111}<112>混合组成,主要由表面滑动摩擦加工引入大量的剪切变形所致;对比研究了经100N/50道次、100N/100道次和300N/100道次三种工艺处理的样品,结果表明,100N/50道次和100N/100道次处理的表面晶粒结构和析出相分布特征近似相同,而300N/100道次处理的次表层层状超细晶的GBPs和GIPs分布的明显不同,主要是由于晶粒长宽比很大,从而使三叉晶界在该区域的分布比例减小所致。经100N/100道次的表面滑动摩擦加工后,7050铝合金亚表层粗晶基体中形成大量近似平行于{111}Al面的纳米尺度变形带,其微观组织结构呈现梯度特征。与周围基体中的析出相相比,变形带界面处的析出相更粗大而变形带内部的析出相更细小且稀少。变形带可以诱发晶粒细化和析出相重新分布,与其内部剧烈的位错运动和可能的动态回复和动态再结晶行为密切相关,并且同时受梯度剪切应变以及随机分布的粗大析出相影响。此外,变形带诱发析出相溶解过程中存在变体选择现象。析出相等效变体惯习面和变形带界面的晶体学取向关系是析出相溶解呈现取向依赖性的主要原因。