依据孪生诱发塑性(Twinning Induced Plasticity, TWIP)原理及其对晶体组织的依赖关系，利用定向凝固技术制备出了晶粒取向、形貌和尺寸可控的柱状晶Fe-25Mn-2.5Al-2.5SiTWIP钢。在此基础上，对该材料塑性变形过程中位错、孪晶及晶界的演化与交互作用及其对材料力学性能的影响规律进行了系统研究，为深入认识TWIP钢力学行为的微观机制、进一步优化其力学性能提供了理论和实验依据。　　论文的主要研究内容和结果如下:　　1、基于层错能理论的TWIP钢设计考虑到晶体层错能对面心立方金属塑性变形方式的重要影响，以层错能为TWIP钢设计依据，利用热力学模型对不同晶粒尺寸的TWIP钢进行了计算。结果表明，随着晶粒尺寸增大，合金的层错能逐渐减小;当晶粒尺寸增至80μm左右时，层错能趋于—恒定值，此时层错能约为22.15 mJ/m2,位于孪生形变范围的中间值。　　2、定向凝固TWIP钢的组织与基本力学性能对光学浮区(OFZ)、高速凝固(HRS)和液态金属冷却(LMC)三种定向凝固方法进行了对比试验，结果表明，OFZ法由于合金凝固速率很高，导致凝固过程中胞状生长界面失稳，所得组织为粗大的等轴晶、柱状晶及少量树枝晶组成的混合组织;HRS法由于温度梯度较低，合金熔体散热较慢，合金生长速度偏低，凝固组织为粗大的等轴晶和柱状晶;LMC法温度梯度及生长速度均比较合适，有利于合金沿[220]方向择优生长，所得组织为柱状晶加少量等轴晶。　　拉伸试验表明，采用LMC法制备的柱状晶TWIP钢具有极高的室温塑性，断后伸长率最高值达到107.7％，明显高于普通等轴晶材料，后者最高断后伸长率约80％。　　3、定向凝固TWIP钢的应变硬化行为传统等轴晶TWIP钢应变硬化率随应变的变化可分为三个阶段，即应变初期的快速下降、均匀塑性变形过程中的恒定与断裂前的缓慢下降。与此不同，定向凝固TWIP钢在均匀塑性应变范围内的应变硬化率不再保持恒定，而是随应变增加逐渐增大，表明此过程是孪晶和位错随应变增大逐渐增加的过程。在此阶段，传统等轴晶TWIP钢的孪晶与位错密度均高于定向凝固TWIP钢，从而使其应变硬化率也相应地高于后者。根据定向凝固TWIP钢的组织特征对经典C-J模型进行修正，可准确预测不同应变阶段的应变硬化指数。　　4、热处理对定向凝固TWIP钢力学性能的影响高温退火对定向凝固TWIP钢的综合力学性能有明显的改善作用。经950℃×30h的退火处理，其强塑积可达63000MPa·％以上，比传统等轴晶TWIP钢提高了近35％。另外，拉伸至断裂时，定向凝固TWIP钢单位质量吸收的总能量接近100J/g，比传统等轴晶TWIP钢提高了近27％，显示出优异的缓冲吸能特性。然而，随热处理温度提高，定向凝固TWIP钢的强塑积以及能量吸收均呈下降趋势。　　5、定向凝固TWIP钢塑性变形与晶体缺陷演化规律当应变较小时，位错滑移与柱状晶晶界之间相互作用为主要变形机制，此时组织中有多滑移系开动，呈现典型的平面位错滑移特征;当应变适中时，亚晶粒、形变孪晶与位错之间的相互作用占主导地位，柱状晶碎化与形变孪晶大幅度增加均很显著，前者形成亚晶粒使原始柱状晶细化，后者则使亚晶粒进一步细化;当应变进一步增加时，形变孪晶大幅增加，部分晶粒中形成片层状结构，其中充满了密集的孪晶与位错。