钢铁材料在工程中具有十分广泛、重要的应用。按照铁的晶格类型,可分为体心立方结构(Body-centered cubic,BCC)和面心立方结构(Face-centered cubic,FCC)两大类。由于构件在服役过程中不可避免受到外界载荷作用,易发生循环变形,如疲劳、棘轮等,影响构件的使用寿命和运行安全。材料的塑性变形本质上是位错运动的宏观表现,材料晶体结构通过影响派纳力等因素直接影响位错运动的难易程度及其演化形式。因此,从微观晶体结构角度探讨宏观变形行为的差异,将位错、晶界变化与循环应力-应变关系相联系,对深入理解钢铁材料的变形机理具有重要意义。本研究以晶粒尺度为亚毫米量级的奥氏体(Z2CND18.12N奥氏体不锈钢)和铁素体(工业纯铁)为例,基于XRD(X-ray diffraction,XRD)和EBSD(Electron backscattered diffraction,EBSD)技术对比分析疲劳、棘轮变形过程中微观组织、结构演变行为,深入理解FCC和BCC金属的变形机理及其差异,为发展损伤检测与寿命评估方法奠定基础。主要研究内容及结论如下:(1)对比奥氏体与铁素体的循环变形响应发现,具有面心立方结构的奥氏体不锈钢在疲劳变形时呈现出循环硬化-循环软化-二次硬化的响应特性,具有体心立方结构的工业纯铁只发生循环硬化;两种材料在棘轮变形时都表现为循环硬化;棘轮变形的应变和应变幅变化明显大于疲劳变形,说明前者损伤更为严重。(2)奥氏体与铁素体的循环加载表面形貌和XRD分析表明:循环变形过程中两种材料的总位错密度均呈现增加的趋势,其中奥氏体刃型位错比例随循环加载增加明显,螺型位错比例不断减小,铁素体中螺型位错占主导地位。原因在于奥氏体具有较低的派纳力和层错能,以刃型位错为主的位错滑移更加容易,而铁素体的层错能较高,易发生螺位错的交滑移。相同加载周次下,棘轮变形的位错密度和刃型位错比例明显高于疲劳。(3)EBSD分析表明:循环加载过程中两种材料的花样质量BC总体降低,局域取向差M_L增加,其中疲劳变形中奥氏体的M_L和BC值较铁素体低,原因在于奥氏体疲劳过程中晶界处应力集中、局域化变形明显,使晶粒破碎,晶粒内部M_L计算区域小,整体M_L值较低,而工业纯铁固溶强化效应弱,滑移系容易被激活,晶粒完整且整体发生变形,M_L值较大。变形过程中两材料小角度晶界数量及比例均迅速增加,其中奥氏体(50)3晶界迅速减小,原因在于(50)3晶界阻断了大角度晶界网络的连通性,变形过程中受位错作用数量降低。与疲劳变形相比,两种材料棘轮变形的BC值较小,M_L值较大。