奥氏体不锈钢在热变形过程中会发生不均匀应变,这种应变集中在某一个区域会引起应变局部化,造成工件表面的局部几何失稳,甚至开裂。本文以Cr17Mn6Ni4Cu2N、Cr15Mn9Cu2Ni1N和304奥氏体不锈钢为研究对象,首先利用高温拉伸实验和高温拉伸卸载实验,结合用户自定义奥氏体不锈钢热变形材料模型的有限元分析方法,研究了高温变形条件下,奥氏体不锈钢的拉伸失稳特征,以及表面应变局部化的发展、演变机制；然后,利用改变变形温度、应变速率和应力状态的热变形实验,研究变形条件对几何失稳以及应变局部化演变的影响规律。认识了高温拉伸奥氏体不锈钢的几何失稳过程及机制；获得了不同应力状态下奥氏体不锈钢的几何失稳轨迹；提出了高温变形应变局部化的演变模型；确定了与变形条件相关的材料参数与几何失稳应变的关系,给出了降低热变形应变局部化的加工条件。高温变形条件下,奥氏体不锈钢的应变速率敏感性增大,使其在单轴拉伸变形过程中表现出了载荷失稳与几何失稳不同时发生的现象。同样,也因为应变速率敏感性的作用,载荷失稳后,试样上形成的应变速率增大,变形抗力增加,抑制了潜在几何失稳区的进一步发展,变形转移向其它位置,维持了试样的均匀变形,延迟了几何失稳的发生。几何失稳的发生与应变局部化区的最大长度Lmax和最大深度dmax有关。950℃拉伸试样几何失稳时的Lmax和dmaz分别达到9.8mmm和0.56mmm;1150℃拉伸试样几何失稳的Lmaz和dmaz分别达到11.1mm和0.82mm。受变形量和变形温度的影响,高温拉伸变形奥氏体不锈钢表面应变局部化区的数目、最大长度以及最大深度都在不断地变化。变形量增加,其数目先增大后减小,最大长度Lmax和最大深度dmax都增大；变形温度降低,其数目减少,但最大长度Lmax增大,最大深度dmax减小高温拉伸变形奥氏体不锈钢表面存在“活跃”的和“休眠”的两种应变局部化区。应变局部化的演变,实质上是就是“活跃”区分裂、合并邻近“休眠”区的过程。温度越高,这种分裂、合并的能力增强。以两个“活跃”区同时竞争合并“休眠”区建立的应变局部化演变模型,表明在应变速率敏感性的作用下,哪一个“活跃”区能对周围的“休眠”区进行合并,取决于这两个区域变形抗力的大小,变形抗力越大其合并能力越强。同时,变形抗力的大小由应变局部化区的横截面积和在同一时间内截面积的减小量决定。在950-1200℃温度范围内,温度升高奥氏体不锈钢的几何失稳应变增大,在0.01-10S1的应变速率范围内,应变速率降低,奥氏体不锈钢的几何失稳应变增大。分析材料参数与失稳应变的关系,发现加工硬化指数n控制了载荷失稳应变,应变速率敏感性系数m控制了载荷失稳到几何失稳阶段的应变。载荷失稳到几何失稳阶段的应变是几何失稳应变的主要构成,且随m值增大而增大。几何失稳应变与材料参数n、 m的关系为ε,=an+bnm,其中,6n=4.167+5.389n。n、m值与载荷失稳应变和载荷失稳到几何失稳阶段应变的关系分别为应变速率改变了几何失稳的形式,在0.1-2.5s-1的应变速率范围内,几何失稳是载荷失稳和几何失稳相分离的形式,而在10s-1时变为几何失稳和载荷失稳同时发生。应变速率也改变了奥氏体不锈钢应变局部化的演变过程机制,随着应变速率的增大,由同时存在几个“活跃”区域竞争对“休眠”局部化区域合并,转变为只存在唯一的“活跃”应变局部化区域合并“休眠”应变局部化区域。分析应变速率影响的材料性能发现,奥氏体不锈钢在低应变速率下既存在应变强化又存在应变速率强化,而在较高应变速率下,只存在应变强化。不同应力三轴度η和Lode参数μσ下,奥氏体不锈钢的几何失稳轨迹表明,几何失稳应变随η值和μσ心值的增大,先增大后减小,最大的几何失稳应变并不出现在单轴拉伸条件下,与材料所处的应力状态有关。几何失稳应变随η和μσ值的增大而减小是试样缺口中心和边部受力和变形的差异性加剧的结果。应力三轴度η值和Lode参数μ。的增大,使奥氏体不锈钢的几何失稳形式由载荷失稳与几何失稳分离转变为载荷失稳和几何失稳同时发生；也使缺口作为应变局部化区表现出的活跃性逐渐降低,由能够作为“活跃”应变局部化区域不断合并缺口以外其它应变局部化区域的状态转变为固定在缺口内部的“活跃”应变局部化区或者几何失稳区。本文对奥氏体不锈钢在高温变形条件下的几何失稳过程和应变局部化演变机制进行了全面的研究与分析,为认识材料的高温塑性失稳提供了实验和理论依据；提出在1000-1150℃温度范围和01-2.5s-1的应变速率范围对奥氏体不锈钢进行热加工能获得较大的延伸量和较好的表面质量,期望本文的研究结果能为实际生产中改进生产工艺提供帮助。