AISI316L奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀、抗辐照性能和良好的加工性能，常用于石油、化工、核电等领域。但是，其屈服强度较低，难以作为承载件使用。因此，提高316L不锈钢的强度，同时不严重损失其他综合性能，十分必要。传统的材料强化方式主要通过引入各种缺陷阻碍位错运动来实现，但这会显著降低塑性和韧性。其原因是，这些缺陷在变形过程中容易成为裂纹和孔洞优先形核的位置和联接的通道，从而导致材料的提前破坏。　　近年来的研究发现，含有纳米尺度孪晶结构的材料不仅具有超高的强度，还具有良好的拉伸塑性、疲劳强度和抗裂纹扩展阻力。一方面，纳米孪晶界阻碍了位错的运动，从而提高强度，另一方面，纳米孪晶界还可以与位错反应并塞积位错提高加工硬化能力。这表明，纳米尺度的孪晶结构在显著提高材料强度的同时，还能保持优异的韧性，改变了材料强度-断裂韧性的倒置关系，具有良好的工程应用前景。目前，有关纳米孪晶结构材料断裂行为的研究，主要集中在薄膜样品中（平面应力状态），对其平面应变状态下的本征断裂韧性和断裂行为研究十分有限。这是因为，传统方法制备的纳米孪晶结构样品厚度较小，很难满足平面应变断裂韧性的测试要求，无法开展相应研究。　　塑性变形能够有效的在块体金属材料中引入纳米孪晶结构。本工作利用动态塑性变形(DPD)技术及后续退火处理，分别设计并制备了纳米孪晶及变形粗晶混合结构、纳米孪晶及纳米晶混合结构和纳米孪晶及再结晶混合结构等三类纳米孪晶结构316L奥氏体不锈钢样品。通过系统研究它们的断裂韧性和断裂机制，探索纳米孪晶结构对316L不锈钢的强度、断裂韧性、裂纹萌生以及扩展的影响，阐明纳米孪晶结构316L不锈钢的微观结构和断裂韧性之间的关系。主要研究结果如下:　　1、利用DPD技术，在小变形量下（ε=0.4）制备的316L奥氏体不锈钢的微观组织，由60％体积分数的纳米孪晶晶粒和变形粗晶晶粒组成。该混合结构样品的屈服强度为920±20MPa，断裂韧性超过126 MPa m1/2，其优异的强度和断裂韧性主要来源于高密度的纳米孪晶片层。纳米孪晶界不但可以阻碍位错运动，提高材料强度、增加裂纹形核的阻力;还可以与位错进行交互作用，促使裂纹尖端钝化，释放应力集中，降低裂纹形核与扩展的驱动力。随着裂纹尖端塑性应变的增加，塑性变形区内的纳米孪晶晶粒会发生局部剪切变形，将纳米孪晶结构碎化成取向差较大的纳米片层结构。孔洞优先在纳米片层区域形核并长大，形成曲折的裂纹扩展面。纳米孪晶晶粒的局域变形消耗大量的塑性变形功，从而贡献于断裂韧性。　　2、DPD处理变形量分别为ε=0.8，ε=1.2和ε=1.6时，316L不锈钢的微观结构由纳米晶基体和镶嵌在其中的纳米孪晶束组成。随着ε增加，纳米孪晶束的体积分数逐步降低，纳米晶体的积分数逐步增加，导致混合结构样品的强度增加，断裂韧性降低。当ε=1.6时，纳米孪晶及纳米晶混合结构316L不锈钢的屈服强度为1366±49MPa，断裂韧性为75.6±7.6 MPa m1/2。该样品微观结构中的纳米晶主要来源于纳米孪晶片层的碎化，具有较低的晶界能，可以抑制孔洞的形核和长大，具有良好的韧性。纳米孪晶束不仅可以协调周围纳米晶的局域变形，增加裂纹起裂断裂韧性，还可以在裂纹扩展中起到桥联作用，阻碍裂纹的扩展。　　3、将DPD316L SSε=1.6样品在710～730℃进行后续退火热处理，纳米晶基体优先发生回复再结晶，获得纳米孪晶和再结晶混合结构316L不锈钢。随着退火温度的升高，退火态样品微观结构中纳米孪晶晶粒和再结晶晶粒的体积分数几乎不变，但是再结晶晶粒尺寸逐渐增加，导致样品屈服强度稍微降低，断裂韧性却显著提高。在730℃退火处理20 min后，样品的屈服强度为1020±15 MPa，断裂韧性为172±5 MPam1/2。断口形貌分析表明，纳米孪晶及再结晶混合结构316L不锈钢在断裂过程中发生了严重塑性变形。退火过程中形成的再结晶晶粒阻碍了微孔的形核，残余的纳米孪晶晶粒可以承担更多的塑性变形，这些因素是导致其具有优异断裂韧性的主要原因。