金属层状复合材料可以极大地改善单一金属材料的强度、热膨胀性、冲击韧性、耐磨性、电性能等诸多性能,已经被广泛应用于航空、航天、国防、电子和化工设备等领域,但是力学、物理性能相差较大的异质金属材料的轧制复合仍面临变形不协调、复合强度低和板材断裂失效等亟需解决的问题。本文以钛（TA1）、铝（AA6061）、镁（AZ31B）三种轻质金属材料作为研究对象,提出了一种基于协调变形的异温轧制方法,并通过优化和设计异温轧制的方法和工艺,逐步实现了异温轧制制备钛/铝、钛/镁双层复合板到钛/铝/镁、钛/镁/铝三层复合板的过程,研究了异温轧制工艺对复合板变形协调性和组织性能的影响,揭示了异温轧制复合板的结合机理。采用只加热钛层的方法异温轧制制备钛/铝和钛/镁复合板,研究压下率、钛层加热温度对复合板的厚比分配、剪切强度和结合界面的影响规律。结果表明,随着钛层温度升高和轧制压下率增大,复合板两层的变形量差值逐渐减小,复合板变形趋于协调。钛/铝复合板结合强度随钛层温度升高,呈先上升后下降趋势,两种复合板结合强度均随轧制压下率增大而增大。加热过程中钛板表面产生氧化层,在较大轧制压下率下,脆性的钛氧化层和钛基体先后破裂产生微裂口,另一侧金属基体挤入裂口与新鲜钛金属接触,在压力和高温作用下元素之间相互扩散从而达到一种裂口机械啮合和冶金双重作用的结合机理。然而,只加热钛板的异温轧制法会在加热过程中使钛板表面产生氧化,该脆性的氧化层和金属基体的不均匀变形导致了界面处大量裂纹产生,对复合板拉伸和弯曲性能均产生消极影响。因此,创新了一种感应梯度加热的异温轧制法制备钛/铝和钛/镁复合板,整个过程处于一种氩气保护氛围,在实现复合板均匀变形的同时避免板材氧化,研究了压下率对复合板的力学性能和微观组织的影响规律。结果表明,洁净无氧化的界面显著提高了复合板的结合强度,特别是在小压下率下结合强度提升了约3-5倍。在大压下率下,剪切断面两侧均呈现大量韧性断裂特征,界面存在机械啮合和冶金作用下的双重结合机理。强的结合界面能提高复合板抵抗界面分层能力和抗弯曲变形能力,复合板获得了良好的综合力学性能。在双层复合板的研究基础下,设计了一种保护气氛下横向电磁感应加热异温轧制钛/铝/镁与钛/镁/铝三层复合板的方法,对两种叠层顺序的复合板进行了不同压下率的异温轧制实验,研究了三层复合板的剪切强度、断口形貌和三维轮廓的变化规律以及对比叠层顺序对复合板弯曲性能的影响。结果表明,钛/铝/镁复合板在大压下率下双界面均达到了较高的结合强度。三层复合板的压下率越大,钛铝和钛镁复合界面变形越剧烈,在由脆性到韧性断裂方式的演变过程中,断口三维轮廓高度差变大,断口的粗糙度增大。钛/铝/镁复合板实现了各层金属的协调变形,而钛/镁/铝复合板变形量集中在金属镁上,板材变形不协调,同时钛/铝/镁复合板达到了较好的弯曲变形能力。对比三层复合板感应加热的温度差分布和轧后复合板的协调变形性、结合性能以及弯曲性能确定了以铝作为中间层的钛-铝-镁组坯顺序是实现异温轧制高性能三层复合板的合理工艺。